JP2017037441A - Process simulator, layout editor and simulation system - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体装置の設計を効率的に行うことができるプロセスシミュレータ、レイアウトエディタ及びシミュレーションシステムを提供する。【解決手段】プロセスシミュレータ122は、レイアウト処理部213と、初期メッシュ生成部212と、シミュレータ部221〜225と、を備える。レイアウト処理部は、シミュレーションに用いられるレイアウトファイルに記述された半導体装置のレイアウトの第1図形の頂点の座標を抽出する。初期メッシュ生成部は、レイアウトの平面方向において、前記頂点の座標を通る第1初期メッシュを生成する。シミュレータ部は、半導体装置のプロセスフローが記述されたシミュレーションデータ、レイアウト及び第1初期メッシュに基づいて、半導体装置のプロセスシミュレーションを実行する。【選択図】図2A process simulator, a layout editor, and a simulation system capable of efficiently designing a semiconductor device are provided. A process simulator 122 includes a layout processing unit 213, an initial mesh generation unit 212, and simulator units 221 to 225. The layout processing unit extracts the coordinates of the vertices of the first figure of the layout of the semiconductor device described in the layout file used for the simulation. The initial mesh generation unit generates a first initial mesh that passes through the coordinates of the vertexes in the plane direction of the layout. The simulator unit executes a process simulation of the semiconductor device based on the simulation data describing the process flow of the semiconductor device, the layout, and the first initial mesh. [Selection] Figure 2
Description
本発明の実施形態は、プロセスシミュレータ、レイアウトエディタ及びシミュレーションシステムに関する。 Embodiments described herein relate generally to a process simulator, a layout editor, and a simulation system.
半導体装置のシミュレーションシステムとして、TCAD(Technology CAD)システムが知られている。TCADシステムは、通常、プロセスシミュレータと、デバイスシミュレータと、それらの実行や機能をサポートするプログラム(電気特性抽出プログラムなど)と、を備える。 A TCAD (Technology CAD) system is known as a simulation system for semiconductor devices. A TCAD system usually includes a process simulator, a device simulator, and a program (such as an electrical characteristic extraction program) that supports their execution and functions.
プロセスシミュレータは、半導体製造工程の各ユニット工程のシミュレーションを実行するシミュレータを集約したものである。プロセスシミュレータは、与えられた製造工程(POR(Process of Record)と呼ばれるプロセスフロー)と半導体装置のレイアウトとに基づいて、半導体装置の構造(形状および不純物分布などの物理量)を計算する。なお、半導体装置の形状のみを取り扱う形状シミュレータも存在するが、プロセスシミュレータの中から形状変化を伴う工程シミュレーションのみを集めたもので、プロセスシミュレータに包含されるため、ここではそれを含めて、プロセスシミュレータと呼ぶ。 The process simulator is an aggregation of simulators that execute simulations of each unit process in the semiconductor manufacturing process. The process simulator calculates the structure (physical quantities such as shape and impurity distribution) of the semiconductor device based on a given manufacturing process (process flow called POR (Process of Record)) and the layout of the semiconductor device. Although there are shape simulators that handle only the shape of semiconductor devices, only process simulations that involve shape changes are collected from process simulators and are included in the process simulator. Called a simulator.
デバイスシミュレータは、プロセスシミュレータで求められた半導体装置の構造と、半導体装置の電極に与える印加電圧と、半導体装置の動作モード(静特性、動特性など)とから、半導体装置の電気特性を計算する。なお、デバイスシミュレータは、回路シミュレータに実装される各素子のコンパクトモデルを用いたMixed-modeとよばれる計算で回路シミュレーションと同じ計算が可能となっているものもあり、ここではそれを含めてデバイスシミュレータと呼ぶ。 The device simulator calculates the electrical characteristics of the semiconductor device from the structure of the semiconductor device obtained by the process simulator, the voltage applied to the electrode of the semiconductor device, and the operation mode (static characteristics, dynamic characteristics, etc.) of the semiconductor device. . Some device simulators are called Mixed-mode using a compact model of each element mounted on the circuit simulator, and the same calculation as the circuit simulation is possible. Called a simulator.
このようなTCADシステムを用いて、半導体装置の設計を効率的に行うことが望まれている。 It is desired to efficiently design a semiconductor device using such a TCAD system.
本発明が解決しようとする課題は、半導体装置の設計を効率的に行うことができるプロセスシミュレータ、レイアウトエディタ及びシミュレーションシステムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a process simulator, a layout editor, and a simulation system that can efficiently design a semiconductor device.
実施形態によれば、プロセスシミュレータは、レイアウト処理部と、初期メッシュ生成部と、シミュレータ部と、を備える。前記レイアウト処理部は、シミュレーションに用いられるレイアウトファイルに記述された半導体装置のレイアウトの第1図形の頂点の座標を抽出する。前記初期メッシュ生成部は、前記レイアウトの平面方向において、前記頂点の座標を通る第1初期メッシュを生成する。前記シミュレータ部は、前記半導体装置のプロセスフローが記述されたシミュレーションデータ、前記レイアウト、及び、前記第1初期メッシュに基づいて、前記半導体装置のプロセスシミュレーションを実行する。 According to the embodiment, the process simulator includes a layout processing unit, an initial mesh generation unit, and a simulator unit. The layout processing unit extracts the coordinates of the vertices of the first figure of the layout of the semiconductor device described in the layout file used for the simulation. The initial mesh generation unit generates a first initial mesh that passes through the coordinates of the vertexes in the plane direction of the layout. The simulator unit executes a process simulation of the semiconductor device based on simulation data describing a process flow of the semiconductor device, the layout, and the first initial mesh.
以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。これらの実施形態は、本発明を限定するものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. These embodiments do not limit the present invention.
図1は、第1の実施形態に係るTCADシステム(シミュレーションシステム)の構成を示すブロック図である。TCADシステムは、マンマシンインターフェイス部(入出力部)10と、エディタ部20と、結果表示部30と、シミュレーション実行部40と、を備える。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a TCAD system (simulation system) according to the first embodiment. The TCAD system includes a man-machine interface unit (input / output unit) 10, an editor unit 20, a result display unit 30, and a simulation execution unit 40.
マンマシンインターフェイス部10は、情報を入出力するためのものであり、表示装置101と、入力装置102と、出力装置103と、を備える。技術者は、表示装置101の表示を見ながら、入力装置102を用いて、システム制御指示及び入力データ作成などのインプットを行い、必要な場合、出力装置103からシステム内部の情報を出力させる。入力データ作成としては、例えば、プロセスフロー(POR)及びシミュレーション条件などの作成が挙げられる。 The man-machine interface unit 10 is for inputting / outputting information, and includes a display device 101, an input device 102, and an output device 103. The engineer performs input such as system control instruction and input data creation using the input device 102 while viewing the display on the display device 101, and outputs information in the system from the output device 103 when necessary. Examples of input data creation include creation of a process flow (POR) and simulation conditions.
エディタ部20は、テキストファイルエディタ111と、レイアウトエディタ・シミュレーション領域設定部(レイアウトエディタ)112と、を備える。テキストファイルエディタ111に替えて、又は、加えて、GUI(Graphical User Interface)が設けられてもよい。レイアウトエディタ・シミュレーション領域設定部112は、半導体装置の製造に用いるレイアウトデータの表示や加工を行う。 The editor unit 20 includes a text file editor 111 and a layout editor / simulation region setting unit (layout editor) 112. A GUI (Graphical User Interface) may be provided instead of or in addition to the text file editor 111. The layout editor / simulation region setting unit 112 displays and processes layout data used for manufacturing a semiconductor device.
技術者は、マンマシンインターフェイス部10を介し、テキストファイルエディタ111を用いて、プロセスシミュレーション入力データ(シミュレーションデータ)161、デバイスシミュレーション入力データ162、及び、特性抽出入力データ163を作成する。 The engineer creates process simulation input data (simulation data) 161, device simulation input data 162, and characteristic extraction input data 163 using the text file editor 111 via the man-machine interface unit 10.
また、技術者は、レイアウトエディタ・シミュレーション領域設定部112を用いて、レイアウトファイル(第1レイアウトファイル)152の入出力、レイアウト加工、シミュレーション領域設定、及び、シミュレーション用レイアウトファイル(第2レイアウトファイル)164の作成などを行う。シミュレーション用レイアウトファイル164は、半導体装置のシミュレーションに用いられる。 Further, the engineer uses the layout editor / simulation area setting unit 112 to input / output the layout file (first layout file) 152, layout processing, simulation area setting, and simulation layout file (second layout file). 164 is created. The simulation layout file 164 is used for simulation of a semiconductor device.
結果表示部30は、数値データの作図を行うと共にシミュレーション条件テーブル182及びシミュレーション結果テーブル174の処理を行うグラフィックス・テーブル処理部131を備える。技術者は、エディタ部20を用いて作成したプロセスシミュレーション入力データ161、デバイスシミュレーション入力データ162、及び、特性抽出入力データ163における条件変更をするパラメータの名前と数値の設定を、グラフィックス・テーブル処理部131で行う。また、後述するシミュレーション結果ファイル171〜173の集計をグラフィックス・テーブル処理部131が行った結果であるシミュレーション結果テーブル174の内容確認、及び、その外部への出力などの操作を行う。なお、この操作は後述するシミュレーション実行部40のコントローラ121を介して実施することもある。 The result display unit 30 includes a graphics table processing unit 131 that draws numerical data and processes the simulation condition table 182 and the simulation result table 174. The engineer uses graphics table processing to set parameter names and numerical values for changing conditions in the process simulation input data 161, the device simulation input data 162, and the characteristic extraction input data 163 created using the editor unit 20. This is performed by the unit 131. Also, operations such as confirmation of the contents of the simulation result table 174, which is the result of the graphics table processing unit 131 performing aggregation of simulation result files 171 to 173 described later, and output to the outside are performed. This operation may be performed via the controller 121 of the simulation execution unit 40 described later.
シミュレーション実行部40は、コントローラ121と、1−3次元高精度プロセスシミュレータ(以下、プロセスシミュレータと称す)122と、1−3次元高精度デバイスシミュレータ(以下、デバイスシミュレータと称す)123と、電気特性抽出部124とを少なくとも含む。シミュレーション実行部40は、シミュレーション実行フロー181、シミュレーション結果ファイル171および172、抽出結果ファイル173などのデータを外部ファイルとして保持するよう構成される。技術者は、コントローラ121を介して、シミュレーション実行フロー181を作成し、シミュレーションおよび結果集計の実行指示を行う。 The simulation execution unit 40 includes a controller 121, a 1-3D high-precision process simulator (hereinafter referred to as a process simulator) 122, a 1-3D high-precision device simulator (hereinafter referred to as a device simulator) 123, and electrical characteristics. And at least an extraction unit 124. The simulation execution unit 40 is configured to hold data such as a simulation execution flow 181, simulation result files 171 and 172, and an extraction result file 173 as external files. The engineer creates a simulation execution flow 181 via the controller 121 and gives an execution instruction for simulation and result aggregation.
コントローラ121は、技術者の指示でシミュレーション実行フロー181、シミュレーション条件テーブル182、プロセスシミュレーション入力データ161、デバイスシミュレーション入力データ162、特性抽出入力データ163、及び、シミュレーション用レイアウトファイル164を取り込む。コントローラ121は、シミュレーション実行フロー181に記述された内容に従って、シミュレーション条件テーブル182に記載された条件変更などの処理を行い、プロセスシミュレータ122、デバイスシミュレータ123、及び、電気特性抽出部124用の入力データを用意して、シミュレーションを実行する。なお、プロセスシミュレーション入力データ161、デバイスシミュレーション入力データ162又は特性抽出入力データ163は、シミュレーション条件テーブル182に記載された変更条件と関係ない場合は、コントローラ121を介すことなく、直接、対象となるプロセスシミュレータ122、デバイスシミュレータ123又は電気特性抽出部124へ渡される場合もある。 The controller 121 takes in the simulation execution flow 181, the simulation condition table 182, the process simulation input data 161, the device simulation input data 162, the characteristic extraction input data 163, and the simulation layout file 164 in accordance with an instruction from the engineer. The controller 121 performs processing such as condition change described in the simulation condition table 182 according to the contents described in the simulation execution flow 181, and input data for the process simulator 122, the device simulator 123, and the electrical characteristic extraction unit 124. Prepare and run the simulation. Note that the process simulation input data 161, the device simulation input data 162, or the characteristic extraction input data 163 are directly targeted without going through the controller 121 if they are not related to the change conditions described in the simulation condition table 182. It may be passed to the process simulator 122, the device simulator 123, or the electrical characteristic extraction unit 124.
プロセスシミュレータ122は、コントローラ121で用意されたプロセスシミュレーション入力データ161及びシミュレーション用レイアウトファイル164を用いてプロセスシミュレーションを実行し、シミュレーション結果をシミュレーション結果ファイル171へ保存する。 The process simulator 122 executes process simulation using the process simulation input data 161 and the simulation layout file 164 prepared by the controller 121, and stores the simulation result in the simulation result file 171.
デバイスシミュレータ123は、コントローラ121で用意されたデバイスシミュレーション入力データ162と、シミュレーション結果ファイル171とを用いてデバイスシミュレーションを実行し、シミュレーション結果をシミュレーション結果ファイル172へ保存する。 The device simulator 123 executes device simulation using the device simulation input data 162 prepared by the controller 121 and the simulation result file 171 and stores the simulation result in the simulation result file 172.
電気特性抽出部124は、コントローラ121で用意された特性抽出入力データ163と、シミュレーション結果ファイル172とを用いて半導体装置中のデバイスの電気特性を抽出し、抽出された結果を抽出結果ファイル173へ保存する。 The electrical characteristic extraction unit 124 uses the characteristic extraction input data 163 prepared by the controller 121 and the simulation result file 172 to extract the electrical characteristics of the devices in the semiconductor device, and the extracted result to the extraction result file 173. save.
次に、図2を用いて、図1のプロセスシミュレータ122の構成を詳細に説明する。
図2は、図1のプロセスシミュレータ122の構成を示すブロック図である。プロセスシミュレータ122は、コントローラ201と、プログラム内部データ保持部202と、基本処理部210と、シミュレータ部220と、モデル・数値計算設定部230と、を有する。
Next, the configuration of the process simulator 122 of FIG. 1 will be described in detail with reference to FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the process simulator 122 of FIG. The process simulator 122 includes a controller 201, a program internal data holding unit 202, a basic processing unit 210, a simulator unit 220, and a model / numerical value calculation setting unit 230.
コントローラ201は、全体の制御を行う。プログラム内部データ保持部202は、各部で共通して用いるデータを保持する。基本処理部210は、種々の工程のシミュレーションを実行するために必要な基本的処理を行う。シミュレータ部220は、種々の工程のシミュレーションを実行する。モデル・数値計算設定部230は、シミュレーションで用いられる物理・化学モデル、モデルパラメータ、及び、数値計算方法を設定する。 The controller 201 performs overall control. The program internal data holding unit 202 holds data used in common by each unit. The basic processing unit 210 performs basic processing necessary for executing simulations of various processes. The simulator unit 220 executes various process simulations. The model / numerical calculation setting unit 230 sets a physical / chemical model, model parameters, and a numerical calculation method used in the simulation.
基本処理部210は、初期化部211と、初期メッシュ生成・リファイン部212と、レイアウト・図形処理部213と、ファイル入出力部(ファイルIO部)214と、を含む。初期化部211は、プロセスシミュレーションの初期設定を行う。初期メッシュ生成・リファイン部212は、半導体装置のシミュレーションに用いられる初期メッシュの生成およびメッシュのリファインを行う。レイアウト・図形処理部213は、レイアウトの情報処理およびレイアウトの図形データの処理を行う。ファイル入出力部214は、シミュレーション結果の読み込み及び書き出しを行う。 The basic processing unit 210 includes an initialization unit 211, an initial mesh generation / refinement unit 212, a layout / graphic processing unit 213, and a file input / output unit (file IO unit) 214. The initialization unit 211 performs initial settings for process simulation. The initial mesh generation / refinement unit 212 generates an initial mesh and refines the mesh used for the simulation of the semiconductor device. The layout / graphic processing unit 213 performs layout information processing and layout graphic data processing. The file input / output unit 214 reads and writes simulation results.
シミュレータ部220は、少なくとも、イオン注入シミュレーション部221と、酸化・拡散シミュレーション部222と、堆積シミュレーション部223と、エッチングシミュレーション部224と、CMP(Chemical Mechanical Polishing)シミュレーション部225と、を含む。 The simulator unit 220 includes at least an ion implantation simulation unit 221, an oxidation / diffusion simulation unit 222, a deposition simulation unit 223, an etching simulation unit 224, and a CMP (Chemical Mechanical Polishing) simulation unit 225.
モデル・数値計算設定部230は、モデル設定部231と、モデルパラメータ部232と、数値計算設定部233と、を含む。モデル設定部231は、各シミュレーションで用いられる物理・化学モデルを設定及び変更する。モデルパラメータ部232は、その物理・化学モデルのモデルパラメータを設定及び変更する。数値計算設定部233は、各物理・化学モデルでどのように数値計算するか設定及び変更する。モデル設定部231、モデルパラメータ部232及び数値計算設定部233は、デフォルトの設定でよいものについては使用されない。 The model / numerical calculation setting unit 230 includes a model setting unit 231, a model parameter unit 232, and a numerical calculation setting unit 233. The model setting unit 231 sets and changes a physical / chemical model used in each simulation. The model parameter unit 232 sets and changes model parameters of the physical / chemical model. The numerical calculation setting unit 233 sets and changes how numerical calculation is performed in each physical / chemical model. The model setting unit 231, the model parameter unit 232, and the numerical calculation setting unit 233 are not used for what may be a default setting.
コントローラ201は、プロセスシミュレーション入力データ161を読み込み、その内容に従って、基本処理部210、シミュレータ部220、及び、モデル・数値計算設定部230の各部(各機能)を起動する。各部211〜214,221〜225,231〜233は、起動時にコントローラ201から渡されたデータを用い、プログラム内部データ保持部202から必要なデータを取り出して、各シミュレーションを実行し、結果をプログラム内部データ保持部202へ保存する。 The controller 201 reads the process simulation input data 161 and activates each unit (each function) of the basic processing unit 210, the simulator unit 220, and the model / numerical value calculation setting unit 230 in accordance with the contents. Each unit 211 to 214, 221 to 225, 231 to 233 uses the data passed from the controller 201 at the time of activation, takes out necessary data from the program internal data holding unit 202, executes each simulation, and stores the result in the program Save to the data holding unit 202.
次に、図3を用いて、図2のプロセスシミュレータの初期メッシュ生成・リファイン部212について説明する。
図3は、図2の初期メッシュ生成・リファイン部212の構成を示すブロック図である。初期メッシュ生成・リファイン部212は、初期メッシュ生成・リファイン制御部300と、初期メッシュ生成制御部310と、平面方向メッシュ設定処理部(メッシュ設定処理部)311と、深さ方向メッシュ設定処理部312と、1次元シミュレーション実行部313と、初期メッシュ生成部314と、シリコン中の接合位置抽出部315と、シミュレーション用レイアウト処理部(レイアウト処理部)316と、メッシュリファイン制御部320と、平面方向メッシュリファイン設定処理部321と、深さ方向メッシュリファイン設定処理部322と、図形演算部323と、メッシュリファイン部324と、を有する。
Next, the initial mesh generation / refinement unit 212 of the process simulator of FIG. 2 will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the initial mesh generation / refinement unit 212 of FIG. The initial mesh generation / refinement unit 212 includes an initial mesh generation / refinement control unit 300, an initial mesh generation control unit 310, a planar direction mesh setting processing unit (mesh setting processing unit) 311, and a depth direction mesh setting processing unit 312. A one-dimensional simulation execution unit 313, an initial mesh generation unit 314, a joint position extraction unit 315 in silicon, a simulation layout processing unit (layout processing unit) 316, a mesh refinement control unit 320, and a planar mesh A refinement setting processing unit 321, a depth direction mesh refinement setting processing unit 322, a graphic calculation unit 323, and a mesh refinement unit 324 are included.
初期メッシュ生成・リファイン制御部300は、図2のコントローラ201から与えられる指示およびパラメータに従って、初期メッシュ生成制御部310又はメッシュリファイン制御部320を起動し、指示及び必要な情報を送る。また、初期メッシュ生成・リファイン制御部300は、必要な場合に、初期メッシュ生成制御部310を介してシミュレーション用レイアウト処理部316へシミュレーション用レイアウトファイル164の情報を送る。 The initial mesh generation / refinement control unit 300 activates the initial mesh generation control unit 310 or the mesh refinement control unit 320 according to the instructions and parameters given from the controller 201 in FIG. 2, and sends the instructions and necessary information. In addition, the initial mesh generation / refinement control unit 300 sends information of the simulation layout file 164 to the simulation layout processing unit 316 via the initial mesh generation control unit 310 when necessary.
初期メッシュ生成制御部310は、初期メッシュ生成・リファイン制御部300から受け取った指示および情報をもとに、平面方向メッシュ設定処理部311で平面方向のメッシュ設定処理を行う。平面方向とは、レイアウトの面と平行な平面、即ちシリコン基板表面と平行な平面の面内方向である。 Based on the instructions and information received from the initial mesh generation / refinement control unit 300, the initial mesh generation control unit 310 performs plane direction mesh setting processing in the plane direction mesh setting processing unit 311. The plane direction is an in-plane direction of a plane parallel to the plane of the layout, that is, a plane parallel to the silicon substrate surface.
シミュレーション用レイアウト処理部316は、シミュレーション用レイアウトファイル164を用いる指示がある場合に、シミュレーション用レイアウトファイル164に記述された半導体装置のレイアウトの図形(第1図形)の頂点の座標を抽出する。 When there is an instruction to use the simulation layout file 164, the simulation layout processing unit 316 extracts the coordinates of the vertices of the semiconductor device layout graphic (first graphic) described in the simulation layout file 164.
平面方向メッシュ設定処理部311は、抽出された頂点の座標を用いて平面方向のメッシュ設定処理を行う。 The plane direction mesh setting processing unit 311 performs a plane direction mesh setting process using the extracted vertex coordinates.
その後、初期メッシュ生成制御部310は、深さ方向メッシュ設定処理部312で深さ方向のメッシュ設定処理を行い、初期メッシュ生成部314で初期メッシュを生成する。 Thereafter, the initial mesh generation control unit 310 performs depth direction mesh setting processing by the depth direction mesh setting processing unit 312, and generates an initial mesh by the initial mesh generation unit 314.
深さ方向メッシュ設定処理部312は、深さ方向の1次元シミュレーションを実行する指示がある場合には1次元シミュレーション実行部313で1次元シミュレーションを実行する。その後、深さ方向メッシュ設定処理部312は、シリコン中の接合位置抽出部315で1次元シミュレーション結果に基づいてシリコン基板中の接合位置などを抽出し、抽出された接合位置などを用いて深さ方向のメッシュを設定する。 When there is an instruction to execute the one-dimensional simulation in the depth direction, the depth direction mesh setting processing unit 312 executes the one-dimensional simulation with the one-dimensional simulation execution unit 313. Thereafter, the depth direction mesh setting processing unit 312 extracts the bonding position in the silicon substrate based on the one-dimensional simulation result by the bonding position extraction unit 315 in silicon, and uses the extracted bonding position and the like to obtain the depth. Set the direction mesh.
メッシュリファイン制御部320は、初期メッシュ生成・リファイン制御部300から受け取った指示および情報をもとに、平面方向メッシュリファイン設定処理部321で平面方向のメッシュリファイン関係の設定処理を行う。その後、メッシュリファイン制御部320は、深さ方向メッシュリファイン設定処理部322で深さ方向のメッシュリファイン関係の設定処理を行い、メッシュリファイン部324でメッシュをリファインする。 Based on the instructions and information received from the initial mesh generation / refinement control unit 300, the mesh refinement control unit 320 performs setting processing for the mesh refinement relationship in the plane direction in the plane direction mesh refinement setting processing unit 321. Thereafter, the mesh refinement control unit 320 performs a mesh refinement setting process in the depth direction with the depth direction mesh refinement setting processing unit 322, and refines the mesh with the mesh refinement unit 324.
平面方向メッシュリファイン設定処理部321は、図形演算を実施する指示がある場合に、図形演算部323で図形演算を実施し、その結果を用いて平面方向のメッシュリファイン関係の設定処理を行う。 The plane direction mesh refinement setting processing unit 321 performs the figure calculation by the figure calculation unit 323 when there is an instruction to perform the figure calculation, and performs setting processing of the mesh refinement relationship in the plane direction using the result.
次に、図4を用いて、図1のレイアウトエディタ・シミュレーション領域設定部112の構成を説明する。
図4は、図1のレイアウトエディタ・シミュレーション領域設定部112の構成を示すブロック図である。レイアウトエディタ・シミュレーション領域設定部112は、コントローラ401と、図形処理部412と、図形演算部413と、ファイル入出力部414と、メッシュ設定情報処理部415と、を有する。
Next, the configuration of the layout editor / simulation region setting unit 112 in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of the layout editor / simulation area setting unit 112 of FIG. The layout editor / simulation area setting unit 112 includes a controller 401, a graphic processing unit 412, a graphic calculation unit 413, a file input / output unit 414, and a mesh setting information processing unit 415.
コントローラ401は、画面表示を行う表示装置101及び技術者が行うキータイピング又はポインター移動を検出する入力装置102と連携して、各部の処理を制御する。つまり、コントローラ401は、半導体装置のレイアウトを作成するためのマンマシンインターフェイス部10から入力された情報を処理する。 The controller 401 controls processing of each unit in cooperation with the display device 101 that performs screen display and the input device 102 that detects key typing or pointer movement performed by an engineer. That is, the controller 401 processes information input from the man-machine interface unit 10 for creating the layout of the semiconductor device.
図形処理部412は、入力装置102に入力された情報に基づいて、コントローラ401の制御により、加工前のレイアウトに対して、レイアウトの図形(点(Point),エッジ(Edge),ポリゴン(Polygon)など)の作成、当該図形の加工、及び、当該図形への識別子の付加を行うと共に、シミュレーションが行われるシミュレーション領域を示す図形を作成する。 The graphic processing unit 412 controls the layout 401 (Point, Edge, Polygon) with respect to the layout before processing under the control of the controller 401 based on the information input to the input device 102. Etc.), processing of the figure, adding an identifier to the figure, and creating a figure indicating a simulation region in which the simulation is performed.
図形演算部413は、コントローラ401の制御により、図形処理部412で作成された図形に対して図形演算を行うことにより新たな図形を作成する。 The graphic computation unit 413 creates a new graphic by performing graphic computation on the graphic created by the graphic processing unit 412 under the control of the controller 401.
メッシュ設定情報処理部415は、入力装置102および表示装置101(マンマシンインターフェイス部10)を介した技術者の指示に従って、コントローラ401の制御により、初期メッシュのメッシュ設定情報を、識別子を用いてレイアウトの図形に対応付ける。メッシュ設定情報は、例えば、初期メッシュのスペース情報(メッシュ間隔の情報)を含む。具体的には、メッシュ設定情報処理部415は、レイアウトの図形の少なくとも一線分に対して、メッシュ設定情報を設定する。 The mesh setting information processing unit 415 lays out the mesh setting information of the initial mesh using the identifier under the control of the controller 401 in accordance with an instruction from the engineer via the input device 102 and the display device 101 (man machine interface unit 10). Correspond to the figure. The mesh setting information includes, for example, initial mesh space information (mesh interval information). Specifically, the mesh setting information processing unit 415 sets mesh setting information for at least one line segment of the layout figure.
ファイル入出力部414は、加工前のレイアウトが記述されたレイアウトファイル152を読み込むと共に、図形処理部412により加工されたレイアウトの情報と、識別子を用いてレイアウトの図形に対応付けられたメッシュ設定情報と、シミュレーション領域を示す図形とを、シミュレーション用レイアウトファイル164へ書き出す。 The file input / output unit 414 reads the layout file 152 in which the layout before processing is described, and information on the layout processed by the graphic processing unit 412 and mesh setting information associated with the graphic of the layout using the identifier And a graphic indicating the simulation area are written to the simulation layout file 164.
レイアウトファイル152は、半導体装置のレイアウト情報が保存されており、GDS形式などの一般的なフォーマットで記述されている。 The layout file 152 stores semiconductor device layout information and is described in a general format such as the GDS format.
シミュレーション用レイアウトファイル164は、レイアウト部と、シミュレーション領域部と、メッシュ設定情報部と、を含む。 The simulation layout file 164 includes a layout part, a simulation area part, and a mesh setting information part.
レイアウト部は、プロセスシミュレーションのパターニング工程(リソグラフィ工程)に用いられるレイアウトを記述しており、レイアウトファイル152と同じ情報を保持する。レイアウト部は、レイアウトファイル152中のマスク名(マスクID)とレイヤー番号とに基づいて実際のシミュレーションに用いるレイアウトを抽出した図形を保持する。 The layout section describes the layout used in the patterning process (lithography process) of process simulation, and holds the same information as the layout file 152. The layout unit holds a figure obtained by extracting a layout used for an actual simulation based on a mask name (mask ID) and a layer number in the layout file 152.
シミュレーション領域部は、シミュレーション領域を示す図形(シミュレーション領域の頂点の座標)、及び、シミュレーション領域におけるレイアウト部と同じ情報(マスクID、レイヤー番号、図形情報)を保持している。マスクID及び必要に応じてレイヤー番号は、プロセスシミュレーション開始時に、複数のレイアウト情報から1つの図形情報を抽出してシミュレーション領域を特定するために用いられる。 The simulation area portion holds a graphic indicating the simulation area (coordinates of the vertex of the simulation area) and the same information (mask ID, layer number, graphic information) as the layout area in the simulation area. The mask ID and, if necessary, the layer number are used to identify one simulation area by extracting one piece of graphic information from a plurality of layout information at the start of process simulation.
メッシュ設定情報部は、シミュレーション領域の識別子と、メッシュ設定情報と、を複数組含む。 The mesh setting information section includes a plurality of sets of simulation region identifiers and mesh setting information.
この様に、シミュレーション用レイアウトファイル164において、メッシュ設定情報は、シミュレーション領域の識別子によってレイアウト部及びシミュレーション領域部の各々の図形(点、エッジ、ポリゴン)に必要に応じて対応付けられている。そのため、どの図形に対してメッシュ設定情報が設定されているか、分かるようになっている。 In this way, in the simulation layout file 164, the mesh setting information is associated with each figure (point, edge, polygon) of the layout portion and the simulation region portion as necessary by the identifier of the simulation region. Therefore, it can be understood which figure the mesh setting information is set for.
次に、図5を用いて、図1のプロセスシミュレーション入力データ161、デバイスシミュレーション入力データ162、及び、特性抽出入力データ163の内容を説明する。 Next, the contents of the process simulation input data 161, the device simulation input data 162, and the characteristic extraction input data 163 in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
プロセスシミュレーション入力データ161は、初期設定部と、POR記述部と、後工程処理部と、を含む。初期設定部では、POR記述部で記述される各工程シミュレーション部で用いられるモデル設定、モデルパラメータ設定、数値計算設定、及び、初期メッシュ設定を必要に応じて記述する。つまり、初期設定部では、シミュレーションの初期化方法を記述する。初期メッシュ設定は、初期メッシュが設定されるシミュレーション領域を示す座標、及び、深さ方向のメッシュ設定に関する数値を含んでいてもよい。 The process simulation input data 161 includes an initial setting unit, a POR description unit, and a post-process processing unit. In the initial setting section, model settings, model parameter settings, numerical calculation settings, and initial mesh settings used in each process simulation section described in the POR description section are described as necessary. That is, the initialization unit describes a simulation initialization method. The initial mesh setting may include coordinates indicating the simulation region where the initial mesh is set, and numerical values related to the mesh setting in the depth direction.
POR記述部の各工程シミュレーション部では、半導体装置の製造工程(プロセスフロー)が記述されたPORに従って、対応する工程のシミュレーションに関する記述を行う。この際、特有の設定が必要な工程では、レイアウト処理、モデル設定、モデルパラメータ設定、数値計算設定、及び、メッシュリファイン設定に関する記述も行う。 Each process simulation part of the POR description part makes a description related to the simulation of the corresponding process according to the POR in which the manufacturing process (process flow) of the semiconductor device is described. At this time, in a process that requires specific settings, description is also made regarding layout processing, model setting, model parameter setting, numerical calculation setting, and mesh refinement setting.
後工程処理部では、後に行うデバイスシミュレーションのための電極設定、及び、表示のためのシミュレーション結果出力設定を記述する。 The post-process processing unit describes electrode settings for device simulation to be performed later and simulation result output settings for display.
デバイスシミュレーション入力データ162は、計算設定部と、電気特性計算部と、後工程処理部と、を含む。 The device simulation input data 162 includes a calculation setting unit, an electrical characteristic calculation unit, and a post-process processing unit.
計算設定部では、プロセスシミュレーション結果入力設定、モデル設定、モデルパラメータ設定、数値計算設定、及び、メッシュ設定を記述する。メッシュ設定は、プロセスシミュレーションのメッシュと異なるメッシュをデバイスシミュレーションで設定する場合に用いられるメッシュリファインに関する情報を含んでいる。 The calculation setting unit describes process simulation result input setting, model setting, model parameter setting, numerical calculation setting, and mesh setting. The mesh setting includes information on mesh refinement used when a mesh different from the process simulation mesh is set by device simulation.
電気特性計算部は、電極に印加する電圧(電流、電荷などの場合もある)を設定する電圧制御設定と、どのような解析方法(静特性解析、動特性解析など)を実施するか設定する解析方法設定&電気特性計算設定と、を記述する。 The electrical characteristics calculator sets the voltage control settings that set the voltage (current, charge, etc.) applied to the electrodes, and what analysis methods (static characteristics analysis, dynamic characteristics analysis, etc.) to implement Describe analysis method settings & electrical property calculation settings.
後工程処理部では、後に行う電気特性抽出や表示のためのシミュレーション結果出力設定を記述する。 The post-process processing unit describes the simulation result output setting for subsequent electrical characteristic extraction and display.
特性抽出入力データ163は、デバイスシミュレーション結果を取り込む設定を記述するデバイスシミュレーション結果入力設定と、電気特性をどのように抽出するかを記述する電気特性抽出計算設定と、電気特性を実際に抽出する設定を記述する電気特性抽出設定と、を含む。 The characteristic extraction input data 163 includes a device simulation result input setting that describes a setting for capturing a device simulation result, an electric characteristic extraction calculation setting that describes how to extract the electric characteristic, and a setting that actually extracts the electric characteristic. And an electrical characteristic extraction setting that describes.
上述した構成のTCADシステムを用いて、半導体装置のシミュレーションは行われる。 A semiconductor device is simulated using the TCAD system configured as described above.
次に、一例として、単一のMOSFET(Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)の3次元シミュレーションを高精度に実行する場合のプロセスシミュレーションにおける初期メッシュ設定及びメッシュリファインについて、図6A〜図8Cを用いて詳細に説明する。 Next, as an example, FIG. 6A to FIG. 8C show initial mesh setting and mesh refinement in process simulation when a three-dimensional simulation of a single MOSFET (Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) is executed with high accuracy. The details will be described.
図6Aは、初期メッシュ生成・リファイン部212のアルゴリズムを示すフローチャートである。初期メッシュ設定は、プロセスシミュレーションの初期に行われる。 FIG. 6A is a flowchart showing an algorithm of the initial mesh generation / refinement unit 212. The initial mesh setting is performed at the initial stage of the process simulation.
まず、ステップS1で、初期メッシュ生成制御部310により、シリコン基板情報の設定(シリコン基板の厚さ、不純物の種類と濃度など)を行う。 First, in step S1, the initial mesh generation control unit 310 sets silicon substrate information (silicon substrate thickness, impurity type and concentration, etc.).
次に、ステップS2で、平面方向メッシュ設定処理部311により、プロセスシミュレーション入力データ161又はシミュレーション用レイアウトファイル164に記述されたシミュレーション領域を示す座標を、シミュレータのメッシュ設定情報(第2メッシュ設定情報)に加える。これにより、この座標を通るように平面方向の初期メッシュの外形(シミュレーション領域の境界)が生成される。 Next, in step S2, the plane direction mesh setting processing unit 311 converts the coordinates indicating the simulation area described in the process simulation input data 161 or the simulation layout file 164 into the simulator mesh setting information (second mesh setting information). Add to. Thereby, the outline of the initial mesh in the plane direction (the boundary of the simulation area) is generated so as to pass through the coordinates.
次に、ステップS3で、シミュレーション用レイアウト処理部316により、シミュレーション用レイアウトファイル164に記述されたレイアウトの図形の頂点の座標を抽出する。そして、平面方向メッシュ設定処理部311により、抽出された頂点の座標をシミュレータのメッシュ設定情報に加える。 Next, in step S 3, the simulation layout processing unit 316 extracts the coordinates of the vertices of the figure of the layout described in the simulation layout file 164. Then, the plane direction mesh setting processing unit 311 adds the extracted vertex coordinates to the mesh setting information of the simulator.
次に、ステップS4で、平面方向メッシュ設定処理部311により、レイアウトの図形に対応付けられてシミュレーション用レイアウトファイル164に記述されたメッシュ設定情報(第1メッシュ設定情報)をシミュレータのメッシュ設定情報に加える。 Next, in step S4, the plane direction mesh setting processing unit 311 converts the mesh setting information (first mesh setting information) described in the simulation layout file 164 in association with the figure of the layout into the mesh setting information of the simulator. Add.
その後、ステップS5で、初期メッシュ生成部314により、シミュレータのメッシュ設定情報に従って、シミュレーション領域内に平面方向の初期メッシュ(第1初期メッシュ)を生成する。具体的には、初期メッシュ生成部314は、レイアウトの平面方向(半導体装置のシリコン基板表面)において、レイアウトの図形の頂点の座標を通る平面方向の初期メッシュを生成する。 Thereafter, in step S5, the initial mesh generation unit 314 generates an initial mesh in the plane direction (first initial mesh) in the simulation region according to the mesh setting information of the simulator. Specifically, the initial mesh generation unit 314 generates an initial mesh in the plane direction passing through the coordinates of the vertices of the layout figure in the plane direction of the layout (the silicon substrate surface of the semiconductor device).
図6Bは、3次元シミュレーションを実行するシミュレーション領域R1におけるMOSFETのレイアウトの一例を示す平面図である。このレイアウトは、5枚のマスクAA,GC,V0,M0,WCで構成されている。また、図6Cは、図6Bのレイアウトを用いて製造されるMOSFETの構造を示す斜視図である。図6Cでは、構造を明確化するために絶縁膜を非表示にしている。 FIG. 6B is a plan view showing an example of a MOSFET layout in the simulation region R1 in which the three-dimensional simulation is executed. This layout is composed of five masks AA, GC, V0, M0, and WC. 6C is a perspective view showing the structure of a MOSFET manufactured using the layout of FIG. 6B. In FIG. 6C, the insulating film is not shown in order to clarify the structure.
図6Dは、図6Aのアルゴリズムに従って生成された初期メッシュを示す図である。シミュレーション領域を示すX軸方向の座標Xmin, XmaxとY軸方向の座標Ymin, Ymaxとにより、3次元シミュレーションを実行する平面方向のシミュレーション領域R1が定義される。これらの座標Xmin, Xmaxと座標Ymin, Ymaxは、前述のようにプロセスシミュレーション入力データ161又はシミュレーション用レイアウトファイル164に記述されている。 FIG. 6D shows an initial mesh generated according to the algorithm of FIG. 6A. A plane simulation region R1 in which a three-dimensional simulation is executed is defined by coordinates Xmin and Xmax in the X-axis direction indicating the simulation region and coordinates Ymin and Ymax in the Y-axis direction. These coordinates Xmin, Xmax and coordinates Ymin, Ymax are described in the process simulation input data 161 or the simulation layout file 164 as described above.
図6Dでは、メッシュ生成方法としてスペースを指定する方法を用いて、図6BのMOSFETのレイアウトに対して初期メッシュを生成している。ここでは、理解を容易にするために、マスクGCの1つの線分1310のみにスペースSP1を設定した場合を示している。ステップS3でレイアウトの図形の頂点の座標がシミュレータのメッシュ設定情報に加えられているので、それら頂点の座標を通る直線(実線)1311がシミュレーション領域R1の内部に発生されている。また、ステップS4で、マスクGCの図形に対応付けられたスペースSP1のスペース情報を含むメッシュ設定情報がシミュレータのメッシュ設定情報に加えられているので、マスクGCの1つの線分1310の両側にスペースSP1を空けて、直線(破線)1312が加えられている。このように、レイアウトの図形毎に適切なスペース情報(メッシュ設定情報)を設定できるので、初期メッシュとレイアウトの線分(エッジ)とのスペースを適切に設定できる。 In FIG. 6D, an initial mesh is generated for the MOSFET layout of FIG. 6B by using a method of designating a space as a mesh generation method. Here, in order to facilitate understanding, a case where the space SP1 is set only for one line segment 1310 of the mask GC is shown. Since the coordinates of the vertices of the figure of the layout are added to the simulator mesh setting information in step S3, a straight line (solid line) 1311 passing through the coordinates of these vertices is generated inside the simulation region R1. In step S4, since mesh setting information including space information of the space SP1 associated with the figure of the mask GC is added to the mesh setting information of the simulator, there is a space on both sides of one line segment 1310 of the mask GC. A straight line (broken line) 1312 is added with the SP1. In this way, since appropriate space information (mesh setting information) can be set for each figure in the layout, the space between the initial mesh and the line segment (edge) of the layout can be set appropriately.
次に、深さ方向に関して説明する。図7Aは、深さ方向の初期メッシュ設定のアルゴリズムを示すフローチャートである。まず、ステップS11で、図6Aに示した初期メッシュ生成処理を行った後、ステップS12で、プロセスシミュレーション入力データ161に深さ方向のメッシュ設定に関する数値が記載されているか否か判定する。深さ方向のメッシュ設定に関する数値が記載されている場合(ステップS12;Yes)、ステップS13においてプロセスシミュレーション入力データ161に記載された数値を抽出して、ステップS16に進む。 Next, the depth direction will be described. FIG. 7A is a flowchart showing an algorithm for initial mesh setting in the depth direction. First, after the initial mesh generation process shown in FIG. 6A is performed in step S11, it is determined in step S12 whether or not a numerical value related to mesh setting in the depth direction is described in the process simulation input data 161. When the numerical value related to the mesh setting in the depth direction is described (step S12; Yes), the numerical value described in the process simulation input data 161 is extracted in step S13, and the process proceeds to step S16.
一方、プロセスシミュレーション入力データ161に深さ方向のメッシュ設定に関する数値が記載されていない場合(ステップS12;No)、ステップS14において、技術者によって指定された1次元シミュレーション位置において全工程シミュレーションを実行する。1次元シミュレーション位置は、点又は微小領域である。そして、ステップS15において、1次元シミュレーション結果に基づいてシリコン基板中の接合位置の抽出を行った後、ステップS16に進む。 On the other hand, when the numerical value related to the mesh setting in the depth direction is not described in the process simulation input data 161 (step S12; No), the entire process simulation is executed at the one-dimensional simulation position designated by the engineer in step S14. . The one-dimensional simulation position is a point or a minute region. In step S15, after extracting the bonding position in the silicon substrate based on the one-dimensional simulation result, the process proceeds to step S16.
ここで、ステップS13とステップS14に分かれる理由を説明する。予めシリコン基板中の不純物濃度分布が分かっていれば、数値計算を正確且つ効率よく行うために、メッシュを細かくすべき位置と荒くすべき位置とを設定できるが、不純物濃度分布が分からない場合には設定できない。そこで、この解決手段として、3次元シミュレーションに比べて高速な1次元シミュレーションを実行し、不純物濃度分布を得る。これにより、例えば、図7Bの1次元シミュレーション位置P1を用いた全工程のシミュレーション結果は、図7Cのようになる。このシミュレーション結果から最大濃度位置や接合位置が分かり、メッシュの粗密をどのように設定したらよいか決定できる。 Here, the reason why it is divided into step S13 and step S14 will be described. If the impurity concentration distribution in the silicon substrate is known in advance, the position where the mesh should be made fine and the position where the mesh should be made rough can be set in order to perform the numerical calculation accurately and efficiently, but when the impurity concentration distribution is not known. Cannot be set. Therefore, as a solution, a one-dimensional simulation that is faster than the three-dimensional simulation is executed to obtain an impurity concentration distribution. Thereby, for example, the simulation results of all processes using the one-dimensional simulation position P1 of FIG. 7B are as shown in FIG. 7C. From this simulation result, the maximum density position and the joining position are known, and it is possible to determine how to set the mesh density.
次に、ステップS16で、ステップS13又はS15で抽出された値に基づき、深さ方向のメッシュ設定を行う。最後に、ステップS17で深さ方向の初期メッシュ(第2初期メッシュ)を生成する。 Next, in step S16, the mesh setting in the depth direction is performed based on the value extracted in step S13 or S15. Finally, in step S17, an initial mesh in the depth direction (second initial mesh) is generated.
そして、プロセスシミュレータ122のシミュレータ部220は、半導体装置のプロセスフローが記述されたプロセスシミュレーション入力データ161、シミュレーション用レイアウトファイル164のレイアウト、及び、平面方向の初期メッシュに基づいて、半導体装置のプロセスシミュレーションを実行する。 The simulator unit 220 of the process simulator 122 performs process simulation of the semiconductor device based on the process simulation input data 161 describing the process flow of the semiconductor device, the layout of the simulation layout file 164, and the initial mesh in the plane direction. Execute.
次に、図8A〜8Cを参照して、初期メッシュが生成された後の各工程シミュレーション中に必要に応じて実施されるメッシュリファインについて説明する。メッシュリファインは、例えば、プロセスシミュレーション入力データ161のPOR記述部にメッシュリファイン設定に関する記述が行われている工程において実施される。 Next, with reference to FIGS. 8A to 8C, mesh refinement performed as necessary during each process simulation after the initial mesh is generated will be described. The mesh refinement is performed, for example, in a process in which a description relating to the mesh refinement setting is performed in the POR description part of the process simulation input data 161.
なお、プロセスシミュレーションで必要となるメッシュとデバイスシミュレーションで必要となるメッシュとが異なる場合、メッシュリファインは、デバイスシミュレーションの実行時にも行われる。 If the mesh required for the process simulation is different from the mesh required for the device simulation, the mesh refinement is also performed when the device simulation is executed.
図8Aは、メッシュリファインのアルゴリズムを示すフローチャートである。まず、ステップS21で、メッシュリファイン制御部320により、シミュレーション用レイアウトファイル164を取得する。 FIG. 8A is a flowchart showing a mesh refinement algorithm. First, in step S <b> 21, a simulation layout file 164 is acquired by the mesh refinement control unit 320.
次に、ステップS22において、図形演算部323により、シミュレーション用レイアウトファイル164の図形情報に対して、プロセスシミュレーション入力データ161のメッシュリファイン設定に記述された図形演算処理を実施する。この図形演算処理では、例えば図8Bに示すように、図形Aと図形Bの論理積(AND)を計算するようにプロセスシミュレーション入力データ161に指定されている場合、図形Cを作り出す。例えば、図6BのレイアウトのMOSFETで、マスクAAとマスクGCとの論理積で計算される領域は、図8C中の破線で囲まれた領域810になる。この領域810は、MOSFETのチャネルとなる領域であり、細かいメッシュを設定すべき領域である。この演算によって、マスクの形状がどの様に変化しても、細かいメッシュを設定すべき領域、即ちメッシュリファインすべき領域を決定できる。 Next, in step S22, the graphic calculation process described in the mesh refinement setting of the process simulation input data 161 is performed on the graphic information in the simulation layout file 164 by the graphic calculation unit 323. In this graphic operation processing, for example, as shown in FIG. 8B, when the process simulation input data 161 is designated to calculate the logical product (AND) of the graphic A and the graphic B, the graphic C is created. For example, in the MOSFET having the layout of FIG. 6B, a region calculated by the logical product of the mask AA and the mask GC is a region 810 surrounded by a broken line in FIG. 8C. This region 810 is a region that becomes a channel of the MOSFET, and is a region where a fine mesh should be set. By this calculation, it is possible to determine a region where a fine mesh is to be set, that is, a region to be refined, regardless of how the mask shape changes.
次に、ステップS23において、平面方向メッシュリファイン設定処理部321により、ステップS22で得られた図形から、シミュレーション領域の平面方向のメッシュリファイン領域を取得する。 Next, in step S23, the plane direction mesh refinement setting processing unit 321 acquires a mesh refinement region in the plane direction of the simulation region from the graphic obtained in step S22.
次に、ステップS24において、深さ方向メッシュリファイン設定処理部322により、プロセスシミュレーション入力データ161に記述された深さ方向のメッシュリファイン領域を取得する。 Next, in step S <b> 24, the depth direction mesh refinement setting processing unit 322 acquires a mesh refinement region in the depth direction described in the process simulation input data 161.
次に、ステップS25において、メッシュリファイン部324により、ステップS23,S24で取得したメッシュリファイン領域と、プロセスシミュレーション入力データ161に記述されたメッシュリファイン方法とを用いて、メッシュリファインを実施する。 Next, in step S25, the mesh refinement unit 324 performs mesh refinement using the mesh refinement region acquired in steps S23 and S24 and the mesh refinement method described in the process simulation input data 161.
半導体装置のプロセスシミュレーションにおける初期メッシュ設定およびメッシュリファインは、上述したように行われる。 The initial mesh setting and the mesh refinement in the process simulation of the semiconductor device are performed as described above.
ここで、比較例のTCADシステムについて説明する。比較例のTCADシステムは、レイアウトエディタ・シミュレーション領域設定部112X及び初期メッシュ生成・リファイン部212Xの機能が第1の実施形態と異なっている。その他の構成は、図1の第1の実施形態と同一である。 Here, a TCAD system of a comparative example will be described. The TCAD system of the comparative example is different from the first embodiment in the functions of the layout editor / simulation region setting unit 112X and the initial mesh generation / refinement unit 212X. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.
図9は、比較例の初期メッシュ生成・リファイン部212Xの構成を示すブロック図である。比較例の初期メッシュ生成・リファイン部212Xには、第1の実施形態のシミュレーション用レイアウト処理部316が設けられていない。そのため、後述する様に平面方向メッシュ設定処理部311Xの機能も第1の実施形態と異なる。 FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of the initial mesh generation / refinement unit 212X of the comparative example. The initial mesh generation / refinement unit 212X of the comparative example is not provided with the simulation layout processing unit 316 of the first embodiment. Therefore, as will be described later, the function of the planar direction mesh setting processing unit 311X is also different from that of the first embodiment.
図10は、比較例のレイアウトエディタ・シミュレーション領域設定部112Xの構成を示すブロック図である。比較例のレイアウトエディタ・シミュレーション領域設定部112Xには、第1の実施形態のメッシュ設定情報処理部415が設けられていない。そのため、比較例のシミュレーション用レイアウトファイル164Xは、第1の実施形態のメッシュ設定情報部を含んでいない。 FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of the layout editor / simulation region setting unit 112X of the comparative example. The layout editor / simulation region setting unit 112X of the comparative example is not provided with the mesh setting information processing unit 415 of the first embodiment. Therefore, the simulation layout file 164X of the comparative example does not include the mesh setting information unit of the first embodiment.
図11Aは、比較例の平面方向の初期メッシュ設定のアルゴリズムを示すフローチャートである。図11AのステップS1Xでは、図6Aの第1の実施形態のアルゴリズムのステップS1と同一の処理を行う。 FIG. 11A is a flowchart illustrating an algorithm of initial mesh setting in the planar direction of the comparative example. In step S1X of FIG. 11A, the same processing as step S1 of the algorithm of the first embodiment of FIG. 6A is performed.
次に、ステップS2Xにおいて、平面方向メッシュ設定処理部311Xにより、プロセスシミュレーション入力データ161に記述された座標、又は、シミュレーション用レイアウトファイル164Xに記述されたシミュレーション領域の座標を、平面方向の初期メッシュに設定する。 Next, in step S2X, the plane direction mesh setting processing unit 311X converts the coordinates described in the process simulation input data 161 or the coordinates of the simulation area described in the simulation layout file 164X into an initial mesh in the plane direction. Set.
次に、ステップS3Xにおいて、平面方向メッシュ設定処理部311Xにより、プロセスシミュレーション入力データ161に記述されたスペース情報を用いて、上記平面方向の初期メッシュに内部メッシュを追加する。 Next, in step S3X, the plane direction mesh setting processing unit 311X adds the internal mesh to the plane direction initial mesh using the space information described in the process simulation input data 161.
図11Bは、第1の実施形態と同じMOSFETの場合において、図11Aに示すアルゴリズムで処理する具体的な情報及び初期メッシュの形状を示している。スペースspace01は座標Xminに関連付けされ、スペースspace02は座標Xmaxに関連付けされ、スペースspace11は座標Yminに関連付けされ、スペースspace12は座標Ymaxに関連付けされて、プロセスシミュレーション入力データ161に記述されている。これらのデータを用いて、初期メッシュ生成部314により図11Bの初期メッシュが生成される。初期メッシュの隣り合う直線の間隔は、スペースspace01, space02, space11又はspace12となる。 FIG. 11B shows specific information processed by the algorithm shown in FIG. 11A and the shape of the initial mesh in the case of the same MOSFET as that of the first embodiment. The space space01 is associated with the coordinate Xmin, the space space02 is associated with the coordinate Xmax, the space space11 is associated with the coordinate Ymin, and the space space12 is associated with the coordinate Ymax and is described in the process simulation input data 161. The initial mesh of FIG. 11B is generated by the initial mesh generation unit 314 using these data. The interval between adjacent straight lines of the initial mesh is space space01, space02, space11, or space12.
このような比較例の平面方向の初期メッシュ設定では、図12に示すように、初期メッシュM1とレイアウトの線分(エッジ)とがずれるため、レイアウトの線分の部分に新たなメッシュM2が追加される。新たなメッシュM2と初期メッシュM1との間の距離dが無視できない距離の場合、その部分に、深さ方向に扁平な矩形メッシュMa又は深さ方向に扁平な三角形メッシュMbが発生する。扁平な矩形メッシュMa又は扁平な三角形メッシュMbとは、平面方向の長さよりも深さ方向の長さが長いメッシュである。扁平な矩形メッシュMa又は扁平な三角形メッシュMbの部分では、数値計算精度が著しく低下するという問題点がある。 In such an initial mesh setting in the plane direction of the comparative example, as shown in FIG. 12, the initial mesh M1 and the line segment (edge) of the layout shift, so a new mesh M2 is added to the layout line segment portion. Is done. When the distance d between the new mesh M2 and the initial mesh M1 cannot be ignored, a rectangular mesh Ma flat in the depth direction or a triangular mesh Mb flat in the depth direction is generated at that portion. The flat rectangular mesh Ma or the flat triangular mesh Mb is a mesh having a length in the depth direction longer than the length in the plane direction. In the flat rectangular mesh Ma or the flat triangular mesh Mb, there is a problem that the numerical calculation accuracy is remarkably lowered.
この扁平な矩形メッシュMaや扁平な三角形メッシュMbを改善するには、深さ方向のメッシュ間隔が距離dと同程度になるように新たにメッシュMa1,Mb1を生成すればよいが、これを行うと、細かいメッシュの数が増加するため数値計算速度が著しく低下する。また、そのメッシュ生成自体の時間も必要となる。このため、時間の制約により、特に3次元シミュレーションが必要な場合の半導体装置の設計を十分に行うことができないという問題点がある。 In order to improve the flat rectangular mesh Ma and the flat triangular mesh Mb, new meshes Ma1 and Mb1 may be generated so that the mesh interval in the depth direction is approximately the same as the distance d. As the number of fine meshes increases, the numerical calculation speed decreases significantly. Moreover, the time for the mesh generation itself is also required. For this reason, there is a problem that due to time constraints, the semiconductor device cannot be sufficiently designed especially when three-dimensional simulation is required.
これに対して、第1の実施形態では、レイアウトの図形の頂点の座標を抽出し、抽出された頂点の座標を通る平面方向の初期メッシュを生成する。これにより、図6Dに示すように初期メッシュとレイアウトの線分(エッジ)とがずれないようにできる。このため、比較例の図12と比較して、深さ方向に扁平な矩形メッシュ又は深さ方向に扁平な三角形メッシュの発生が抑制され、数値計算精度の低下を抑制できる。 On the other hand, in the first embodiment, the coordinates of the vertices of the figure of the layout are extracted, and an initial mesh in the plane direction passing through the coordinates of the extracted vertices is generated. As a result, as shown in FIG. 6D, the initial mesh and the line segment (edge) of the layout can be prevented from shifting. For this reason, compared with FIG. 12 of a comparative example, generation | occurrence | production of the rectangular mesh flat in the depth direction or the triangular mesh flat in the depth direction is suppressed, and the fall of numerical calculation accuracy can be suppressed.
また、この扁平な矩形メッシュ等を改善するメッシュ生成を行う必要がないので、数値計算速度の低下も抑制できる。このため、特に3次元シミュレーションのように膨大な計算が必要な場合でも、半導体装置の設計を効率的に行うことができる。 Further, since it is not necessary to generate a mesh for improving the flat rectangular mesh or the like, it is possible to suppress a decrease in numerical calculation speed. For this reason, it is possible to design a semiconductor device efficiently even when enormous calculations are required, particularly as in a three-dimensional simulation.
(第2の実施形態)
第2の実施形態では、第1の実施形態の処理に加え、シリコン基板の上部構造にも適切な初期メッシュを生成する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, in addition to the processing of the first embodiment, an appropriate initial mesh is also generated for the upper structure of the silicon substrate.
第2の実施形態のTCADシステムは、プロセスシミュレータ122の初期メッシュ生成・リファイン部212Aの機能が第1の実施形態と異なっている。以下では、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。 In the TCAD system of the second embodiment, the function of the initial mesh generation / refinement unit 212A of the process simulator 122 is different from that of the first embodiment. Below, it demonstrates centering around difference with 1st Embodiment.
図13は、第2の実施形態に係るプロセスシミュレータの初期メッシュ生成・リファイン部212Aの構成を示すブロック図である。図3の第1の実施形態の初期メッシュ生成・リファイン部212の構成との相違点は、シリコン基板上部の物質境界位置抽出部(以下、物質境界位置抽出部と称す)317が加わっている点である。図13では、図3と共通する構成部分には同一の符号を付している。なお、図13において、メッシュリファインに関連するメッシュリファイン制御部320等は、図3の第1の実施形態と同一であるため図示を省略している。 FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration of the initial mesh generation / refinement unit 212A of the process simulator according to the second embodiment. The difference from the configuration of the initial mesh generation / refinement unit 212 of the first embodiment of FIG. 3 is that a material boundary position extraction unit (hereinafter referred to as a material boundary position extraction unit) 317 on the silicon substrate is added. It is. In FIG. 13, the same reference numerals are given to components common to FIG. 3. In FIG. 13, the mesh refinement control unit 320 and the like related to the mesh refinement are the same as those in the first embodiment of FIG.
本実施形態では、シミュレーション用レイアウトファイル164には、複数の1次元シミュレーション位置も記述されている。 In the present embodiment, the simulation layout file 164 also describes a plurality of one-dimensional simulation positions.
1次元シミュレーション実行部313は、シミュレーション用レイアウトファイル164に記述された複数の1次元シミュレーション位置において、深さ方向のプロセスシミュレーションを実行する。 The one-dimensional simulation execution unit 313 executes a process simulation in the depth direction at a plurality of one-dimensional simulation positions described in the simulation layout file 164.
物質境界位置抽出部317は、1次元シミュレーション実行部313による深さ方向のプロセスシミュレーションの結果から、半導体装置におけるシリコン基板上部(半導体基板上の構造)の深さ方向の物質境界位置を抽出する。 The material boundary position extraction unit 317 extracts the material boundary position in the depth direction of the upper part of the silicon substrate (structure on the semiconductor substrate) in the semiconductor device from the result of the process simulation in the depth direction by the one-dimensional simulation execution unit 313.
深さ方向メッシュ設定処理部312Aは、抽出された物質境界位置の情報を用いて、シリコン基板上部の物質境界位置にメッシュを生成するための設定を行う。 The depth direction mesh setting processing unit 312A performs setting for generating a mesh at the material boundary position on the silicon substrate using the extracted material boundary position information.
初期メッシュ生成・リファイン制御部300Aと初期メッシュ生成制御部310Aは、深さ方向メッシュ設定処理部312Aへ、必要な情報を送る。 The initial mesh generation / refinement control unit 300A and the initial mesh generation control unit 310A send necessary information to the depth direction mesh setting processing unit 312A.
プロセスシミュレータ122のシミュレータ部220は、プロセスシミュレーション入力データ161、レイアウト、平面方向の初期メッシュ、及び、深さ方向の初期メッシュに基づいてプロセスシミュレーションを実行する。 The simulator unit 220 of the process simulator 122 executes process simulation based on the process simulation input data 161, the layout, the initial mesh in the plane direction, and the initial mesh in the depth direction.
図14は、初期メッシュ生成・リファイン部212Aの初期メッシュ生成のアルゴリズムを示すフローチャートである。初めに、ステップS41で、第1の実施形態の図6AのステップS1〜S5の処理を行い、シミュレーション領域の平面方向の初期メッシュ生成を行う。 FIG. 14 is a flowchart showing an initial mesh generation algorithm of the initial mesh generation / refinement unit 212A. First, in step S41, the processes of steps S1 to S5 in FIG. 6A of the first embodiment are performed to generate an initial mesh in the plane direction of the simulation region.
次に、ステップS42で、初期メッシュ生成制御部310Aにより、シミュレーション用レイアウトファイル164に記述された複数の1次元シミュレーション位置の中から、対象となるシミュレーション領域内の複数の1次元シミュレーション位置をリストとして取得する。 Next, in step S42, the initial mesh generation control unit 310A makes a list of a plurality of one-dimensional simulation positions in the target simulation region from among the plurality of one-dimensional simulation positions described in the simulation layout file 164. get.
次に、ステップS43で、1次元シミュレーション実行部313により、ステップS42で取得したリストの中の1つの1次元シミュレーション位置の深さ方向の全工程シミュレーション(プロセスシミュレーション)を実行する。 Next, in step S43, the one-dimensional simulation execution unit 313 executes all process simulations (process simulation) in the depth direction of one one-dimensional simulation position in the list acquired in step S42.
次に、ステップS44で、シリコン中の接合位置抽出部315により、1次元シミュレーションの結果から、シリコン基板中の接合位置の抽出を行う。このステップS44で、最大濃度位置なども抽出してもよい。 Next, in step S44, the bonding position extraction unit 315 in silicon extracts the bonding position in the silicon substrate from the result of the one-dimensional simulation. In step S44, the maximum density position may be extracted.
次に、ステップS45で、深さ方向メッシュ設定処理部312Aにより、抽出された接合位置に基づいてシリコン基板中の深さ方向のメッシュ設定を行う。 Next, in step S45, the depth direction mesh setting processing unit 312A performs mesh setting in the depth direction in the silicon substrate based on the extracted bonding position.
次に、ステップS46で、物質境界位置抽出部317により、1次元シミュレーションの結果から、シリコン基板上部の物質境界位置の抽出を行う。 Next, in step S46, the substance boundary position extraction unit 317 extracts the substance boundary position on the silicon substrate from the result of the one-dimensional simulation.
次に、ステップS47で、深さ方向メッシュ設定処理部312Aにより、抽出された物質境界位置に基づいてシリコン基板上部の深さ方向のメッシュ設定を行う。 Next, in step S47, the depth direction mesh setting processing unit 312A performs mesh setting in the depth direction above the silicon substrate based on the extracted substance boundary position.
次に、ステップS48で、初期メッシュ生成制御部310Aにより、ステップS42で取得した1次元シミュレーション位置のリストの処理が終了したか否か判定する。そして、1次元シミュレーション位置のリストの処理が終了するまでステップS43〜ステップS48の処理を繰り返した後、ステップS49に進む。 Next, in step S48, the initial mesh generation control unit 310A determines whether or not the processing of the one-dimensional simulation position list acquired in step S42 is completed. Then, after the process of step S43 to step S48 is repeated until the process of the list of one-dimensional simulation positions is completed, the process proceeds to step S49.
ステップS49では、初期メッシュ生成部314により、ステップS45,S47で設定されたメッシュ設定に基づいて深さ方向の初期メッシュを生成する。即ち、抽出された物質境界位置を通る深さ方向の初期メッシュを生成する。その後、処理を終了する。 In step S49, the initial mesh generation unit 314 generates an initial mesh in the depth direction based on the mesh settings set in steps S45 and S47. That is, an initial mesh in the depth direction passing through the extracted substance boundary position is generated. Thereafter, the process ends.
このように、第1の実施形態の図7Aとの主な差異は、シリコン基板上部に関する処理を行うステップS46,S47が加わっていることである。 Thus, the main difference from FIG. 7A of the first embodiment is that steps S46 and S47 for performing processing relating to the upper part of the silicon substrate are added.
図15A〜15Dは、第2の実施形態の処理により生成される深さ方向のメッシュを説明するための図である。図15Aは、3次元シミュレーションを実行する3次元シミュレーション領域R3、2次元シミュレーションを実行する2次元シミュレーション領域R2、及び、深さ方向のメッシュ設定のための1次元シミュレーション位置P11〜P15を示す図である。図15Bは、3次元シミュレーション領域R3において3次元シミュレーションを実行した結果を示す斜視図である。図15Cは、2次元シミュレーション領域R2において2次元シミュレーションを実行した結果を示す図である。 15A to 15D are diagrams for explaining a mesh in the depth direction generated by the processing of the second embodiment. FIG. 15A is a diagram showing a 3D simulation region R3 for executing a 3D simulation, a 2D simulation region R2 for executing a 2D simulation, and 1D simulation positions P11 to P15 for setting a mesh in the depth direction. is there. FIG. 15B is a perspective view showing a result of executing a three-dimensional simulation in the three-dimensional simulation region R3. FIG. 15C is a diagram illustrating a result of executing the two-dimensional simulation in the two-dimensional simulation region R2.
図15Dは、図15A中の1次元シミュレーション位置P11,P12,P14において、図14に示したアルゴリズムで生成した深さ方向のメッシュを示す図である。図14のステップS46,S47の処理により、図15Dに示すようにシリコン基板の上部構造の物質境界位置にメッシュが生成されている。つまり、メッシュと上部構造の物質境界位置とがずれていない。図15Dの例では、1次元シミュレーション位置P11での物質境界位置は、ビア(Via)と金属配線(M0)との境界位置である。1次元シミュレーション位置P12での物質境界位置は、層間絶縁膜(ILD)とゲート(Gate)との境界位置、及び、ゲート(Gate)とゲート酸化膜(Gox)との境界位置である。1次元シミュレーション位置P14での物質境界位置は、ビア(Via)と金属配線(M0)との境界位置、金属配線(M0)とゲート(Gate)との境界位置、及び、ゲート(Gate)とトレンチ(STI)との境界位置である。
なお、図面を明確化するため、図15Dにはシリコン基板中の接合位置によるメッシュは示していない。
FIG. 15D is a diagram showing a mesh in the depth direction generated by the algorithm shown in FIG. 14 at the one-dimensional simulation positions P11, P12, and P14 in FIG. 15A. Through the processing in steps S46 and S47 in FIG. 14, a mesh is generated at the material boundary position of the upper structure of the silicon substrate as shown in FIG. 15D. That is, the mesh and the material boundary position of the superstructure are not shifted. In the example of FIG. 15D, the substance boundary position at the one-dimensional simulation position P11 is a boundary position between the via (Via) and the metal wiring (M0). The material boundary position at the one-dimensional simulation position P12 is the boundary position between the interlayer insulating film (ILD) and the gate (Gate), and the boundary position between the gate (Gate) and the gate oxide film (Gox). The material boundary position at the one-dimensional simulation position P14 includes the boundary position between the via (Via) and the metal wiring (M0), the boundary position between the metal wiring (M0) and the gate (Gate), and the gate (Gate) and the trench. (STI) is a boundary position.
Note that, in order to clarify the drawing, FIG. 15D does not show a mesh according to the bonding position in the silicon substrate.
ここで、図16A〜16Cを用いて、第1の実施形態における深さ方向の初期メッシュ設定の問題点を説明する。第1の実施形態における深さ方向の初期メッシュ設定では、シリコン基板中のメッシュ設定だけを行っており、シリコン基板より上層の上部構造を考慮していないという問題点がある。単一素子のアクティブ領域だけの2次元シミュレーションであれば、これで十分であるが、3次元シミュレーションの場合、上部構造も複雑になるため、シミュレーション精度を向上するには上部構造も考慮して初期メッシュを設定する必要がある。 Here, the problem of the initial mesh setting in the depth direction in the first embodiment will be described with reference to FIGS. In the initial mesh setting in the depth direction in the first embodiment, only the mesh setting in the silicon substrate is performed, and there is a problem that the upper structure above the silicon substrate is not considered. This is sufficient if it is a two-dimensional simulation of only the active area of a single element. However, in the case of a three-dimensional simulation, the superstructure is also complicated. Need to set mesh.
ここで、第1の実施形態において、比較例の平面方向の初期メッシュ設定と同様にスペースを指定して、上部構造にも初期メッシュを生成することが考えられる。この場合、メッシュと上部構造の物質境界位置とがずれるため、ずれた部分にメッシュが新たに追加され、例えば、図16Aに示す単一MOSFETでは、図16Cに示すような品質の低いメッシュが上部構造で発生する。図16Cは、図16AのB−B線に沿った断面図におけるメッシュを示す図である。図16Bは、図16AのB−B線に沿った断面図である。品質の低いメッシュとは、本来は細かいメッシュが不要な絶縁膜100中などに発生した細かいメッシュを表す。このような場合、デバイスシミュレーションのシミュレーション精度低下、又は、シミュレーション速度低下が起こる問題点もある。 Here, in the first embodiment, it is conceivable that a space is specified in the same manner as the initial mesh setting in the planar direction of the comparative example, and an initial mesh is also generated in the superstructure. In this case, since the mesh and the material boundary position of the superstructure are deviated, a new mesh is added to the deviated portion. For example, in the single MOSFET shown in FIG. 16A, a low-quality mesh as shown in FIG. Occurs in the structure. FIG. 16C is a diagram showing a mesh in the cross-sectional view along the line BB in FIG. 16A. 16B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 16A. The low quality mesh represents a fine mesh generated in the insulating film 100 or the like that originally does not require a fine mesh. In such a case, there is a problem that the simulation accuracy of the device simulation is lowered or the simulation speed is lowered.
また、上部構造まで考慮するには、上部構造がそれぞれ異なる複数の点で1次元シミュレーションを実行する必要がある。つまり、2次元シミュレーションでは図16Aの点P1〜P4の少なくとも4点の1次元シミュレーションを実施し、3次元シミュレーションでは点P1〜P5の少なくとも5点の1次元シミュレーションを実行する必要がある。しかし、第1の実施形態では、1次元シミュレーションはシリコン基板中だけを取り扱うので、シリコン基板中の構造がそれぞれ異なる点P1,P2,P4の3点のシミュレーションに限定されるという問題点がある。 In order to consider even the superstructure, it is necessary to execute a one-dimensional simulation at a plurality of points where the superstructure is different. That is, in the two-dimensional simulation, it is necessary to perform a one-dimensional simulation of at least four points P1 to P4 in FIG. 16A, and to execute a one-dimensional simulation of at least five points P1 to P5 in the three-dimensional simulation. However, in the first embodiment, since the one-dimensional simulation deals only with the silicon substrate, there is a problem that the structure in the silicon substrate is limited to the simulation of three points P1, P2, and P4 which are different from each other.
これに対して、第2の実施形態では、深さ方向のプロセスシミュレーションの結果から、シリコン基板上の構造の深さ方向の物質境界位置を抽出し、抽出された物質境界位置を通る深さ方向の初期メッシュを生成する。即ち、深さ方向の初期メッシュ設定において、第1の実施形態のようにシリコン基板中の接合位置を考慮するだけでなく、シリコン基板より上層の上部構造も考慮している。また、2次元シミュレーションでは図15A中の1次元シミュレーション位置P11〜P14の少なくとも4点の1次元シミュレーションを実行し、3次元シミュレーションでは1次元シミュレーション位置P11〜P15の少なくとも5点の1次元シミュレーションを実行する。 On the other hand, in the second embodiment, the material boundary position in the depth direction of the structure on the silicon substrate is extracted from the result of the process simulation in the depth direction, and the depth direction passing through the extracted material boundary position. Generate an initial mesh of. That is, in the initial mesh setting in the depth direction, not only the bonding position in the silicon substrate as in the first embodiment but also the upper structure above the silicon substrate is considered. In the two-dimensional simulation, a one-dimensional simulation of at least four points of the one-dimensional simulation positions P11 to P14 in FIG. 15A is executed, and in the three-dimensional simulation, a one-dimensional simulation of at least five points of the one-dimensional simulation positions P11 to P15 is executed. To do.
これにより、単一MOSFETの場合において、図16Bに示すような品質の低いメッシュがシリコン基板よりも上部の構造に発生しない。従って、3次元シミュレーションのように上部構造が複雑な場合でも、デバイスシミュレーションのシミュレーション精度の低下及びシミュレーション速度の低下を抑制できる。つまり、半導体装置の設計を効率的に行うことができる。 Thereby, in the case of a single MOSFET, a low quality mesh as shown in FIG. 16B does not occur in the structure above the silicon substrate. Therefore, even when the upper structure is complicated as in the three-dimensional simulation, it is possible to suppress a decrease in simulation accuracy and a decrease in simulation speed in device simulation. That is, the semiconductor device can be designed efficiently.
(第3の実施形態)
第3の実施形態では、第2の実施形態の処理に加え、選択された領域のメッシュリファインを行う。
(Third embodiment)
In the third embodiment, in addition to the processing of the second embodiment, mesh refinement of a selected region is performed.
第3の実施形態のTCADシステムは、プロセスシミュレータ122の初期メッシュ生成・リファイン部212Bの機能が第2の実施形態と異なっている。以下では、第2の実施形態との相違点を中心に説明する。 The TCAD system of the third embodiment is different from the second embodiment in the function of the initial mesh generation / refinement unit 212B of the process simulator 122. Below, it demonstrates centering around difference with 2nd Embodiment.
図17は、第3の実施形態に係るプロセスシミュレータ122の初期メッシュ生成・リファイン部212Bの構成を示すブロック図である。図13の第2の実施形態の初期メッシュ生成・リファイン部212Aの構成との相違点は、1次元シミュレーション位置の包含判定部(図形選択部)325が加わっている点である。図17では、図13と共通する構成部分には同一の符号を付している。なお、図17において、初期メッシュ生成に関連する初期メッシュ生成制御部310A等は、図13と同一であるため図示を省略している。 FIG. 17 is a block diagram illustrating a configuration of the initial mesh generation / refinement unit 212B of the process simulator 122 according to the third embodiment. The difference from the configuration of the initial mesh generation / refinement unit 212A of the second embodiment in FIG. 13 is that a one-dimensional simulation position inclusion determination unit (graphic selection unit) 325 is added. In FIG. 17, the same reference numerals are given to components common to FIG. 13. In FIG. 17, the initial mesh generation control unit 310A and the like related to the initial mesh generation are the same as those in FIG.
技術者は、マンマシンインターフェイス部10を介して、シミュレーション用レイアウトファイル164に記述された複数の1次元シミュレーション位置の何れかを指定する。 The engineer designates one of a plurality of one-dimensional simulation positions described in the simulation layout file 164 via the man-machine interface unit 10.
1次元シミュレーション位置の包含判定部325は、図形演算部323によって複数の図形が生成された場合、シミュレーション用レイアウトファイル164に記述された、技術者によって予め指定された1次元シミュレーション位置が複数の図形のそれぞれに包含されているか否か判定し、複数の図形の中から予め指定された1次元シミュレーション位置を含む図形を選択する。 The one-dimensional simulation position inclusion determination unit 325, when a plurality of figures are generated by the figure calculation unit 323, the one-dimensional simulation position specified in advance by the engineer described in the simulation layout file 164 has a plurality of figures. It is determined whether each is included, and a figure including a one-dimensional simulation position designated in advance is selected from a plurality of figures.
平面方向メッシュリファイン設定処理部321は、1次元シミュレーション位置の包含判定部325で選択された図形の位置に平面方向のメッシュリファイン領域を設定する。 The plane direction mesh refinement setting processing unit 321 sets a mesh refinement region in the plane direction at the position of the graphic selected by the inclusion determination unit 325 of the one-dimensional simulation position.
初期メッシュ生成・リファイン制御部300Bとメッシュリファイン制御部320Bは、平面方向メッシュリファイン設定処理部321へ、指示および必要な情報を送る。 The initial mesh generation / refinement control unit 300B and the mesh refinement control unit 320B send an instruction and necessary information to the planar direction mesh refinement setting processing unit 321.
図18Aは、第3の実施形態に係るメッシュリファインのアルゴリズムを示すフローチャートである。図18Aは、図8Aに対応する。 FIG. 18A is a flowchart illustrating a mesh refinement algorithm according to the third embodiment. FIG. 18A corresponds to FIG. 8A.
図8Aに示した第1の実施形態のメッシュリファインのアルゴリズムと同様に、まず、ステップS51で、シミュレーション用レイアウトを取得し、ステップS52でプロセスシミュレーション入力データ161に記述された図形演算処理を実施する。具体的には、ステップS52では、図形演算部323により、レイアウトの図形(第1図形)に対して、プロセスシミュレーション入力データ161に記述された図形演算を行い、新たな図形(第2図形)を生成する。図形演算は、例えば、論理積の演算を含む。 Similar to the mesh refinement algorithm of the first embodiment shown in FIG. 8A, first, in step S51, a simulation layout is acquired, and in step S52, the graphic operation processing described in the process simulation input data 161 is performed. . Specifically, in step S52, the graphic calculation unit 323 performs graphic calculation described in the process simulation input data 161 on the layout graphic (first graphic), and a new graphic (second graphic) is obtained. Generate. The graphic operation includes, for example, a logical product operation.
次に、ステップS53で、1次元シミュレーション位置の包含判定部325により、ステップS52の図形演算によって得られた図形(ポリゴン)が複数の場合、技術者によって予め指定されたシミュレーション用レイアウトファイル164中の1次元シミュレーション位置を含むか否か判断し、複数の図形から1つを選択する。 Next, in step S53, when there are a plurality of figures (polygons) obtained by the figure calculation in step S52 by the one-dimensional simulation position inclusion determination unit 325, the simulation layout file 164 specified in advance by the engineer is stored in the simulation layout file 164. It is determined whether or not a one-dimensional simulation position is included, and one is selected from a plurality of figures.
次に、ステップS54で、平面方向メッシュリファイン設定処理部321により、選択された図形を用いてシミュレーション領域内に平面方向のメッシュリファイン領域を設定する。ステップS52の図形演算によって得られた図形が1つの場合、得られた図形を用いてメッシュリファイン領域を設定すればよい。 Next, in step S54, the plane direction mesh refinement setting processing unit 321 sets a mesh refinement area in the plane direction in the simulation area using the selected figure. If there is one figure obtained by the figure calculation in step S52, a mesh refinement region may be set using the obtained figure.
次に、ステップS55で、メッシュリファイン部324により、プロセスシミュレーションの途中で、シミュレーション用レイアウトファイル164中のメッシュリファイン情報に基づいて、平面方向のメッシュリファイン領域において平面方向のメッシュをリファインする。 In step S55, the mesh refiner 324 refines the mesh in the planar direction in the mesh refinement region in the planar direction based on the mesh refinement information in the simulation layout file 164 during the process simulation.
次に、ステップS56で、メッシュリファイン部324により、シミュレーション用レイアウトファイル164中のメッシュリファイン情報に基づいて深さ方向のメッシュをリファインする。 Next, in step S56, the mesh refiner 324 refines the mesh in the depth direction based on the mesh refinement information in the simulation layout file 164.
ここで、ステップS53〜ステップS56でシミュレーション用レイアウトファイル164から得る情報は、例外処理などを実施するような場合のために、プロセスシミュレーション入力データ161に記述されたものを用いるように構成してもよい。 Here, the information obtained from the simulation layout file 164 in steps S53 to S56 may be configured to use the information described in the process simulation input data 161 for the case where exception processing or the like is performed. Good.
図18Bは、NANDセルアレイのシミュレーション用レイアウトに設定された3次元シミュレーション領域1550と1次元シミュレーション位置1560,1571とを示している。マスクAAとマスクGCの図形演算だけでは複数の領域が生成される。しかし、例えば、ビット線BL2とワード線DWLD0との交点のセルトランジスタ1570のメッシュリファイン領域1572は、マスクAAとマスクGCの図形演算で得られる領域であり、且つ、1次元シミュレーション位置1571を含むという条件により、1つに決定できる。このように、1次元シミュレーション位置を予め指定することにより、メッシュリファイン領域を1つに決定できる。 FIG. 18B shows a three-dimensional simulation region 1550 and one-dimensional simulation positions 1560 and 1571 set in the NAND cell array simulation layout. A plurality of regions are generated only by the graphic operation of the mask AA and the mask GC. However, for example, the mesh refinement region 1572 of the cell transistor 1570 at the intersection of the bit line BL2 and the word line DWLD0 is a region obtained by the graphic operation of the mask AA and the mask GC and includes the one-dimensional simulation position 1571. One can be determined depending on the conditions. In this way, by specifying the one-dimensional simulation position in advance, one mesh refinement region can be determined.
ここで、図19A,19Bを用いて、第1の実施形態のメッシュリファインの問題点を説明する。図19Aは、CMOSのインバータのレイアウトの一例を示し、図19Bは、NANDセルアレイのレイアウトの一例を示している。前述のように、第1の実施形態のメッシュリファインでは、メッシュを細かくする領域を特定するためにマスクAAとマスクGCのAND図形演算を行うが、図19A,19Bに示したような例では、図形演算を行って得られる領域R10は複数であるため、領域R10を1つに特定できないという問題点がある。 Here, the problem of the mesh refinement of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 19A and 19B. FIG. 19A shows an example of a layout of a CMOS inverter, and FIG. 19B shows an example of a layout of a NAND cell array. As described above, in the mesh refinement according to the first embodiment, the AND graphic operation of the mask AA and the mask GC is performed in order to specify the region to make the mesh fine. In the example shown in FIGS. 19A and 19B, Since there are a plurality of regions R10 obtained by performing the graphic operation, there is a problem that the region R10 cannot be specified as one.
図19Aの例では、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタのチャネル幅が同じであるが、移動度の差や設計上の都合から、これらのチャネル幅は異なる場合が多い。チャネル幅が異なる場合、NMOSトランジスタとPMOSトランジスタとで異なるメッシュリファインを行う必要があるため、領域R10を1つに特定する必要がある。CMOSのインバータのレイアウトの場合は、マスクAAとマスクGCとのAND演算に加え、Nウェル用マスク又はコンタクト用マスクのAND演算を行えば領域R10を一つに特定できる。しかしながら、図19Bに示したNANDセルアレイのSG(セレクトゲート)部とセル部の差や、寸法ばらつきを取り扱う場合、又は、例えばSRAM(図示せず)のような場合には、存在するマスクだけでは領域R10を一つに特定できない。このような場合、第1の実施形態では、領域R10を一つに特定するための新たなマスクを定義する必要があるが、図19BのNANDセルアレイのような場合、非常に手間がかかるという問題点がある。 In the example of FIG. 19A, the channel widths of the PMOS transistor and the NMOS transistor are the same, but these channel widths are often different due to the difference in mobility and the convenience of design. When the channel widths are different, it is necessary to perform different mesh refinement between the NMOS transistor and the PMOS transistor, and thus it is necessary to specify one region R10. In the case of the layout of the CMOS inverter, in addition to the AND operation of the mask AA and the mask GC, the region R10 can be specified as one by performing the AND operation of the N well mask or the contact mask. However, in the case of handling the difference between the SG (select gate) part and the cell part of the NAND cell array shown in FIG. 19B and the dimensional variation, or in the case of an SRAM (not shown), for example, the existing mask alone is not sufficient. The region R10 cannot be specified as one. In such a case, in the first embodiment, it is necessary to define a new mask for specifying the region R10 as one. However, in the case of the NAND cell array of FIG. 19B, it is very troublesome. There is a point.
これに対して、第3の実施形態では、複数の図形が生成された場合、予め指定された1次元シミュレーション位置を含む図形を選択する。これにより、図19Bに示すNANDセルアレイのレイアウトのように、マスクAAとマスクGCのAND図形演算により複数の領域(図形)が得られる場合でも、メッシュリファイン領域を一つに特定することが可能となり、メッシュリファイン領域毎に異なるメッシュリファイン設定が可能となる。このため、図19Bに示したNANDセルアレイのセレクトゲート部とセル部の差や、セルトランジスタ等の寸法ばらつきを取り扱う場合でも、良好なメッシュ生成が可能となる。 In contrast, in the third embodiment, when a plurality of figures are generated, a figure including a one-dimensional simulation position designated in advance is selected. This makes it possible to specify a single mesh refinement region even when a plurality of regions (figures) are obtained by AND graphic operation of the mask AA and the mask GC, as in the layout of the NAND cell array shown in FIG. 19B. Different mesh refinement settings can be made for each mesh refinement region. Therefore, even when the difference between the select gate portion and the cell portion of the NAND cell array shown in FIG. 19B and the dimensional variation of the cell transistors and the like are handled, a good mesh can be generated.
また、技術者は1点の1次元シミュレーション位置を指定するだけなので手間もかからず、半導体装置の設計を効率的に行うことができる。 In addition, since the engineer only designates one one-dimensional simulation position, it is possible to design the semiconductor device efficiently without much time and effort.
さらに、領域を一つに特定するためにマスクを追加する場合と比較して、1次元シミュレーション位置はデータ量が少なく、且つ、判定も容易である。 Furthermore, compared with the case where a mask is added to specify a single region, the one-dimensional simulation position has a small amount of data and is easy to determine.
なお、第3の実施形態において、第2の実施形態の物質境界位置抽出部317を設けなくても良い。つまり、第1の実施形態の処理に加えて、選択された領域のメッシュリファインを行ってもよい。 In the third embodiment, the substance boundary position extraction unit 317 of the second embodiment may not be provided. That is, in addition to the processing of the first embodiment, mesh refinement of a selected region may be performed.
(第4の実施形態)
第4の実施形態では、第1の実施形態の処理に加え、選択された電気特性を精度良く抽出する。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, in addition to the processing of the first embodiment, selected electrical characteristics are extracted with high accuracy.
図20は、第4の実施形態に係るレイアウトエディタ・シミュレーション領域設定部112Cの構成を示すブロック図である。図20では、図4と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。 FIG. 20 is a block diagram showing a configuration of a layout editor / simulation region setting unit 112C according to the fourth embodiment. In FIG. 20, the same components as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and different points will be mainly described below.
レイアウトエディタ・シミュレーション領域設定部112Cは、図4の第1の実施形態の構成に加え、デバイス情報処理部416と、デバイス名・特性名リストファイル1613と、電圧印加条件リストファイル1614と、を備える。 The layout editor / simulation region setting unit 112C includes a device information processing unit 416, a device name / characteristic name list file 1613, and a voltage application condition list file 1614 in addition to the configuration of the first embodiment of FIG. .
デバイス名・特性名リストファイル1613は、半導体装置における電気特性の抽出対象のデバイス名及びデバイス特性名のリストを含んでいる。 The device name / characteristic name list file 1613 includes a list of device names and device characteristic names from which electrical characteristics are extracted in the semiconductor device.
例えば、デバイス名・特性名リストファイル1613は、図22A〜22Fに示した、MOSFETの通常特性、MOSFETのコンタクト抵抗、MOSFETのホットキャリア特性、MOSFETのゲート空乏化、MOSFETのシリコン絶縁膜起因リーク電流、及び、MOSFETの隣接素子の影響等のリストを含んでいる。図22A〜22Fに示すように、デバイス特性によってメッシュリファインするべき領域R20又は線分L1が異なっている。 For example, the device name / characteristic name list file 1613 includes the normal characteristics of the MOSFET, the contact resistance of the MOSFET, the hot carrier characteristics of the MOSFET, the gate depletion of the MOSFET, and the leakage current due to the silicon insulating film of the MOSFET shown in FIGS. And a list of the influence of adjacent elements of the MOSFET and the like. As shown in FIGS. 22A to 22F, the region R20 or the line segment L1 to be refined is different depending on the device characteristics.
デバイス情報処理部416は、入力装置102および表示装置101を介した技術者の指示(マンマシンインターフェイス部10に入力された情報)に従って、コントローラ401の制御により、半導体装置のシミュレーションに必要な情報を対応付ける。具体的には、デバイス情報処理部416は、デバイス名・特性名リストファイル1613のデバイス名及びデバイス特性名と、電圧印加条件リストファイル1614の当該デバイス特性の電圧印加条件と、メッシュ設定情報(メッシュリファイン設定)と、図形演算の情報と、1次元シミュレーション位置の情報と、デバイス特性の電気特性抽出設定と、を対応付ける。図形演算は、メッシュをリファインするメッシュリファイン領域を設定するためのものであり、レイアウトの図形の論理積等の演算である。1次元シミュレーション位置は、図形演算により複数の図形が生成された場合に1つの図形を選択するために用いられる。 The device information processing unit 416 receives information necessary for simulation of the semiconductor device under the control of the controller 401 in accordance with an instruction from the engineer (information input to the man-machine interface unit 10) via the input device 102 and the display device 101. Associate. Specifically, the device information processing unit 416 includes the device name and device characteristic name of the device name / characteristic name list file 1613, the voltage application condition of the device characteristic of the voltage application condition list file 1614, and mesh setting information (mesh The refinement setting), the graphic calculation information, the one-dimensional simulation position information, and the device characteristic electrical characteristic extraction setting are associated with each other. The graphic operation is for setting a mesh refinement region for refining the mesh, and is an operation such as logical product of layout graphics. The one-dimensional simulation position is used for selecting one figure when a plurality of figures are generated by the figure calculation.
ファイル入出力部414Cは、半導体装置のレイアウトの情報と、デバイス情報処理部416で対応付けられた情報とを、シミュレーション用レイアウトファイル164Cへ書き出す。 The file input / output unit 414C writes the semiconductor device layout information and the information associated with the device information processing unit 416 to the simulation layout file 164C.
シミュレーション用レイアウトファイル164Cは、第1の実施形態のレイアウト部、シミュレーション領域部及びメッシュ設定情報部に加え、デバイスシミュレーション条件部と、特性抽出部と、を更に含む。 The simulation layout file 164C further includes a device simulation condition unit and a characteristic extraction unit in addition to the layout unit, the simulation region unit, and the mesh setting information unit of the first embodiment.
メッシュ設定情報部は、第1の実施形態のシミュレーション領域の識別子及びメッシュ設定情報(図示せず)に加え、識別子と、メッシュ設定情報(メッシュリファイン設定)と、図形演算の情報と、1次元シミュレーション位置の情報と、を複数組含む。デバイスシミュレーション条件部は、識別子と、電圧印加条件と、を複数組含む。特性抽出部は、識別子と、電気特性抽出設定と、を複数組含む。 The mesh setting information section includes an identifier, mesh setting information (mesh refinement setting), graphic calculation information, and one-dimensional simulation in addition to the simulation region identifier and mesh setting information (not shown) of the first embodiment. A plurality of sets of position information. The device simulation condition section includes a plurality of sets of identifiers and voltage application conditions. The characteristic extraction unit includes a plurality of sets of identifiers and electrical characteristic extraction settings.
識別子を用いることにより、複数のデバイス名及びデバイス特性名のそれぞれに対して、メッシュ設定情報と、電圧印加条件と、図形演算の情報と、1次元シミュレーション位置の情報と、電気特性抽出設定と、が対応付けられている。 By using the identifier, for each of a plurality of device names and device characteristic names, mesh setting information, voltage application conditions, graphic calculation information, one-dimensional simulation position information, electrical characteristic extraction settings, Are associated.
図21は、第4の実施形態に係る半導体装置のTCADシステムの構成を示すブロック図である。図21では、図1と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。TCADシステムは、エディタ部20Cに図20のレイアウトエディタ・シミュレーション領域設定部112Cを備えている。 FIG. 21 is a block diagram showing a configuration of a TCAD system of a semiconductor device according to the fourth embodiment. In FIG. 21, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and different points will be mainly described below. The TCAD system includes a layout editor / simulation region setting unit 112C shown in FIG. 20 in the editor unit 20C.
シミュレーション実行部40Cのプロセスシミュレータ122は、第1の実施形態のプロセスシミュレータ122であるとして説明するが、第2又は第3の実施形態のプロセスシミュレータ122であってもよい。 The process simulator 122 of the simulation execution unit 40C will be described as being the process simulator 122 of the first embodiment, but may be the process simulator 122 of the second or third embodiment.
シミュレーション実行部40Cのコントローラ121Cは、プロセスシミュレーション入力データ161、及び、シミュレーション用レイアウトファイル164Cの2つのファイルを読み込み、シミュレーションを実行するように構成されている。つまり、第1の実施形態のデバイスシミュレーション入力データ162および特性抽出入力データ163は設けられていない。 The controller 121C of the simulation execution unit 40C is configured to read two files of the process simulation input data 161 and the simulation layout file 164C and execute the simulation. That is, the device simulation input data 162 and the characteristic extraction input data 163 of the first embodiment are not provided.
技術者は、入力装置102および表示装置101を介して、デバイス名及びデバイス特性名を指定する。 The engineer designates a device name and a device characteristic name via the input device 102 and the display device 101.
プロセスシミュレータ122は、第1の実施形態と同様に、シミュレーション用レイアウトファイル164Cに記述されたレイアウトと、半導体装置のプロセスフローが記述されたプロセスシミュレーション入力データ161と、初期メッシュと、に基づいて、プロセスシミュレーションを実行する。 As in the first embodiment, the process simulator 122 is based on the layout described in the simulation layout file 164C, the process simulation input data 161 describing the process flow of the semiconductor device, and the initial mesh. Run process simulation.
シミュレーション実行部40Cは、プロセスシミュレーション後、指定されたデバイス名及びデバイス特性名に対応付けられたシミュレーション用レイアウトファイル164Cのメッシュ設定情報、図形演算、1次元シミュレーション位置、電圧印加条件、及び、電気特性抽出設定に従って、デバイスシミュレーション及び電気特性抽出を行う。 After the process simulation, the simulation execution unit 40C performs mesh setting information, figure calculation, one-dimensional simulation position, voltage application conditions, and electrical characteristics of the simulation layout file 164C associated with the specified device name and device characteristic name. Device simulation and electrical property extraction are performed according to the extraction settings.
具体的には、デバイスシミュレータ123Cは、指定されたデバイス名及びデバイス特性名に対応付けられた図形演算の情報に基づいて、半導体装置のシミュレーションに用いられるメッシュをメッシュリファイン領域(所定の領域)においてリファインする。即ち、デバイスシミュレータ123Cは、レイアウトの図形(第1図形)に対して、指定されたデバイス名及びデバイス特性名に対応付けられた図形演算を行い、新たな図形(第2図形)を生成し、新たな図形の位置にメッシュリファイン領域を設定する。デバイスシミュレータ123Cは、複数の図形が生成された場合、指定されたデバイス名及びデバイス特性名に対応付けられた1次元シミュレーション位置を含む図形の位置に、メッシュリファイン領域を設定する。デバイスシミュレータ123Cは、メッシュリファイン領域において、指定されたデバイス名及びデバイス特性名に対応付けられたメッシュ設定情報に応じてメッシュをリファインする。次に、デバイスシミュレータ123Cは、リファインされたメッシュと、プロセスシミュレーションの結果と、指定されたデバイス名及びデバイス特性名に対応付けられた電圧印加条件とに基づいて、デバイスシミュレーションを実行する。 Specifically, the device simulator 123C generates a mesh used for the simulation of the semiconductor device in the mesh refinement region (predetermined region) based on the graphic operation information associated with the specified device name and device characteristic name. Refine. That is, the device simulator 123C performs a graphic operation associated with the designated device name and device characteristic name on the graphic of the layout (first graphic) to generate a new graphic (second graphic), A mesh refinement area is set at the position of a new figure. When a plurality of figures are generated, the device simulator 123C sets the mesh refinement region at the position of the figure including the one-dimensional simulation position associated with the designated device name and device characteristic name. In the mesh refinement region, the device simulator 123C refines the mesh according to the mesh setting information associated with the designated device name and device characteristic name. Next, the device simulator 123C executes device simulation based on the refined mesh, the process simulation result, and the voltage application condition associated with the specified device name and device characteristic name.
最後に、電気特性抽出部124は、指定されたデバイス名及びデバイス特性名に対応付けられた電気特性抽出設定に従って、デバイスシミュレーションの結果からデバイスの電気特性を抽出する。 Finally, the electrical characteristic extraction unit 124 extracts the electrical characteristics of the device from the result of the device simulation according to the designated device name and the electrical characteristic extraction setting associated with the device characteristic name.
これにより、指定されたデバイス名及びデバイス特性名に応じて、適切な領域でメッシュをリファインした上で、より正確な電気特性を抽出できる。 Thus, more accurate electrical characteristics can be extracted after refining the mesh in an appropriate region according to the designated device name and device characteristic name.
なお、プロセスシミュレータ122も、デバイスシミュレータ123Cと同様に、指定されたデバイス名及びデバイス特性名に対応付けられたシミュレーション用レイアウトファイル164Cのメッシュ設定情報、図形演算、及び、1次元シミュレーション位置に従って、メッシュをリファインしてもよい。 Note that, similarly to the device simulator 123C, the process simulator 122 also meshes according to the mesh setting information, the graphic calculation, and the one-dimensional simulation position of the simulation layout file 164C associated with the specified device name and device characteristic name. May be refined.
ここで、第1の実施形態のTCADシステムの問題点を説明する。第1の実施形態のTCADシステムでは、プロセスシミュレーション入力データ161と、デバイスシミュレーション入力データ162と、特性抽出入力データ163とが分離しており、一つのプロセスシミュレーションの結果に対して複数のデバイスシミュレーションおよび特性抽出を実施できる。また、図22A〜22Fに示すように、デバイスシミュレーションを実行するデバイス特性によってメッシュリファインするべき領域R20又は線分L1が異なるため、一つのプロセスシミュレーション入力データ161に対して複数組のデバイスシミュレーション入力データ162及び特性抽出入力データ163を用意する必要がある。 Here, problems of the TCAD system of the first embodiment will be described. In the TCAD system according to the first embodiment, the process simulation input data 161, the device simulation input data 162, and the characteristic extraction input data 163 are separated. Characteristic extraction can be performed. Further, as shown in FIGS. 22A to 22F, since the region R20 or the line segment L1 to be refined differs depending on the device characteristics for executing the device simulation, a plurality of sets of device simulation input data for one process simulation input data 161 are obtained. 162 and characteristic extraction input data 163 need to be prepared.
入力データセットを用意する技術者と、それを用いてシミュレーションを実行する技術者とが同じ場合は、この形態も比較的問題にはならないが、デバイスの種類及び世代が増え、入力データセットの数が増大するに伴い、入力データセットの維持及び管理に要する時間が増大するという問題点がある。 If the engineer who prepares the input data set is the same as the engineer who uses it to perform the simulation, this form is not a problem. As this increases, the time required to maintain and manage the input data set increases.
更に、入力データセットを用意する技術者と、それを用いてシミュレーションを実行する技術者とが異なる場合、維持及び管理の問題に加え、情報伝達の問題が発生し、単純なミス、想定外及び保証外の条件における使用などが起こり、それらに気付かず半導体装置開発に適用するなどの問題が発生する可能性がある。このことは、半導体装置の開発効率の低下につながり、場合によっては、その半導体装置を開発すること自体が意味を持たなくなる可能性もある。 Furthermore, if the engineer who prepares the input data set is different from the engineer who uses it to perform simulation, in addition to maintenance and management problems, information transmission problems occur, and simple mistakes, unexpected and Use in conditions outside the warranty may occur, and problems such as application to semiconductor device development may occur without noticing them. This leads to a decrease in the development efficiency of the semiconductor device, and in some cases, the development of the semiconductor device itself may be meaningless.
これに対して、第4の実施形態では、デバイス名及びデバイス特性名と、電圧印加条件と、メッシュ設定情報と、図形演算の情報と、1次元シミュレーション位置の情報と、デバイス特性の電気特性抽出設定と、を対応付け、対応付けられた情報をシミュレーション用レイアウトファイル164Dへ書き出している。これにより、図22A〜22Fに示すようにシミュレーションを実行するデバイス特性に応じてメッシュリファインするべき領域が異なっていても、デバイスシミュレーション入力データ162および特性抽出入力データ163を一つのプロセスシミュレーション入力データ161に対して複数用意する必要がない。このため、入力データセットを用意する技術者と、それを用いてシミュレーションを実行する技術者とが同じ場合において、デバイスの種類及び世代が増えて入力データセットの数が増大しても、維持及び管理を効率的に行うことが可能となる。 On the other hand, in the fourth embodiment, the device name, device characteristic name, voltage application condition, mesh setting information, graphic calculation information, one-dimensional simulation position information, and device characteristic electrical characteristic extraction Settings are associated with each other, and the associated information is written to the simulation layout file 164D. As a result, as shown in FIGS. 22A to 22F, the device simulation input data 162 and the characteristic extraction input data 163 are converted into a single process simulation input data 161 even if the region to be refined is different according to the device characteristics for executing the simulation. There is no need to prepare more than one. For this reason, in the case where the engineer who prepares the input data set is the same as the engineer who executes the simulation using the same, even if the number of device types and generations increases and the number of input data sets increases, Management can be performed efficiently.
また、入力データセットを用意する技術者と、それを用いてシミュレーションを実行する技術者とが異なる場合でも、デバイス名及びデバイス特性名と、メッシュリファイン領域(図形演算)と、メッシュ設定情報(メッシュリファイン設定)と、の関連付けが完了しているので、誤った入力データセットの利用などの想定外及び保証外の条件における使用上のミスが発生しないようにできる。そのため、効率よく高精度なシミュレーションを実行することができる。 Even if the engineer who prepares the input data set is different from the engineer who executes the simulation using the input data set, the device name, device characteristic name, mesh refinement area (graphic calculation), and mesh setting information (mesh) Since the association with the refinement setting) has been completed, it is possible to prevent a mistake in use in an unexpected or out-of-warranty condition such as use of an incorrect input data set. Therefore, a highly accurate simulation can be executed efficiently.
上述したことから、他の技術者が用意した入力データを利用するだけの技術者が、最小限の手間で効率よく高精度にシミュレーションを実行することが可能となるので、半導体装置の設計を効率的に行うことができる。 As described above, engineers who only use input data prepared by other engineers can perform simulations efficiently and with high accuracy with minimal effort. Can be done automatically.
なお、第1から第4の実施形態で説明したTCADシステムの少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、TCADシステムの少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやCD−ROM等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。 Note that at least a part of the TCAD system described in the first to fourth embodiments may be configured by hardware or software. When configured by software, a program for realizing at least a part of the functions of the TCAD system may be stored in a recording medium such as a flexible disk or a CD-ROM, and read and executed by a computer. The recording medium is not limited to a removable medium such as a magnetic disk or an optical disk, but may be a fixed recording medium such as a hard disk device or a memory.
また、TCADシステムの少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線(無線通信も含む)を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。 Further, a program that realizes at least a part of the functions of the TCAD system may be distributed via a communication line (including wireless communication) such as the Internet. Further, the program may be distributed in a state where the program is encrypted, modulated or compressed, and stored in a recording medium via a wired line such as the Internet or a wireless line.
TCADシステムの一部の機能を実現するプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納した一例として、次の態様が考えられる。 As an example in which a program that realizes a part of the functions of the TCAD system is stored in a computer-readable recording medium, the following mode can be considered.
(付記1)
コンピュータ読み取り可能なプログラムを記録した記録媒体であって、
シミュレーションに用いられるレイアウトファイルに記述された半導体装置のレイアウトの第1図形の頂点の座標を抽出し、
前記レイアウトの平面方向において、前記頂点の座標を通る第1初期メッシュを生成し、
前記半導体装置のプロセスフローが記述されたシミュレーションデータ、前記レイアウト、及び、前記第1初期メッシュに基づいて、前記半導体装置のプロセスシミュレーションを実行する、
ことを含むシミュレーションプログラムを記憶するコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
(Appendix 1)
A recording medium storing a computer-readable program,
Extract the coordinates of the vertices of the first figure of the layout of the semiconductor device described in the layout file used for simulation,
Generating a first initial mesh that passes through the coordinates of the vertices in the plane direction of the layout;
Executing a process simulation of the semiconductor device based on simulation data describing a process flow of the semiconductor device, the layout, and the first initial mesh;
A computer-readable recording medium for storing a simulation program including the above.
(付記2)
前記シミュレーションプログラムは、抽出された前記頂点の座標と、前記第1図形に対応付けられて前記レイアウトファイルに記述された第1メッシュ設定情報と、前記シミュレーションデータ又は前記レイアウトファイルに記述されたシミュレーション領域を示す座標と、を第2メッシュ設定情報に加えることを含み、
前記第2メッシュ設定情報に従って、前記シミュレーション領域内に前記第1初期メッシュを生成し、
前記第1メッシュ設定情報は、前記第1初期メッシュのスペース情報を含む、付記1に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
(Appendix 2)
The simulation program includes the extracted coordinates of the vertices, first mesh setting information associated with the first graphic and described in the layout file, and simulation area described in the simulation data or the layout file. Adding coordinates to the second mesh setting information,
Generating the first initial mesh in the simulation region according to the second mesh setting information;
The computer-readable recording medium according to appendix 1, wherein the first mesh setting information includes space information of the first initial mesh.
(付記3)
前記シミュレーションプログラムは、
前記レイアウトファイルに記述された複数のシミュレーション位置において、深さ方向のプロセスシミュレーションを実行し、
前記深さ方向のプロセスシミュレーションの結果から、前記半導体装置における前記半導体基板上の構造の深さ方向の物質境界位置を抽出し、
抽出された前記物質境界位置を通る第2初期メッシュを生成し、
前記シミュレーションデータ、前記レイアウト、前記第1初期メッシュ、及び、前記第2初期メッシュに基づいて前記プロセスシミュレーションを実行する、ことを含む付記1に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
(Appendix 3)
The simulation program is
At a plurality of simulation positions described in the layout file, execute a process simulation in the depth direction,
From the result of the process simulation in the depth direction, extract the material boundary position in the depth direction of the structure on the semiconductor substrate in the semiconductor device,
Generating a second initial mesh through the extracted material boundary position;
The computer-readable recording medium according to claim 1, further comprising: executing the process simulation based on the simulation data, the layout, the first initial mesh, and the second initial mesh.
(付記4)
前記シミュレーションプログラムは、
前記第1図形に対して、前記シミュレーションデータに記述された論理積の演算を含む図形演算を行い、第2図形を生成し、
前記図形演算部によって複数の第2図形が生成された場合、前記複数の第2図形の中から、前記レイアウトファイルに記述された予め指定されたシミュレーション位置を含む前記第2図形を選択し、
前記図形選択部で選択された前記第2図形の位置にメッシュリファイン領域を設定し、
前記プロセスシミュレーションの途中で、前記メッシュリファイン領域において前記第1初期メッシュをリファインする、ことを含む付記1に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
(Appendix 4)
The simulation program is
A graphic operation including a logical product operation described in the simulation data is performed on the first graphic to generate a second graphic,
When a plurality of second figures are generated by the figure calculation unit, the second figure including a simulation position designated in advance in the layout file is selected from the plurality of second figures,
A mesh refinement region is set at the position of the second graphic selected by the graphic selector,
The computer-readable recording medium according to claim 1, further comprising: refining the first initial mesh in the mesh refinement area during the process simulation.
(付記5)
前記シミュレーションプログラムは、
前記第1図形に対して、前記シミュレーションデータに記述された図形演算を行い、第2図形を生成し、
前記図形演算部によって複数の第2図形が生成された場合、前記複数の第2図形の中から、前記レイアウトファイルに記述された前記複数のシミュレーション位置の中の予め指定されたシミュレーション位置を含む前記第2図形を選択し、
前記図形選択部で選択された前記第2図形の位置にメッシュリファイン領域を設定し、
前記プロセスシミュレーションの途中で、前記メッシュリファイン領域において前記第1初期メッシュをリファインする、ことを含む付記3に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
(Appendix 5)
The simulation program is
A graphic operation described in the simulation data is performed on the first graphic to generate a second graphic,
When a plurality of second figures are generated by the figure calculation unit, the simulation unit includes a simulation position designated in advance among the plurality of simulation positions described in the layout file from the plurality of second figures. Select the second figure,
A mesh refinement region is set at the position of the second graphic selected by the graphic selector,
The computer-readable recording medium according to appendix 3, further comprising: refining the first initial mesh in the mesh refinement region during the process simulation.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10 マンマシンインターフェイス部(入出力部)
20,20C エディタ部
30 結果表示部
40,40C シミュレーション実行部
112,112C レイアウトエディタ・シミュレーション領域設定部(レイアウトエディタ)
121,121C コントローラ
122 1−3次元高精度プロセスシミュレータ(プロセスシミュレータ)
123,123C 1−3次元高精度デバイスシミュレータ(デバイスシミュレータ)
124 電気特性抽出部
212,212A,212B 初期メッシュ生成・リファイン部
220 シミュレータ部
311 平面方向メッシュ設定処理部(メッシュ設定処理部)
312,312A 深さ方向メッシュ設定処理部
313 1次元シミュレーション実行部
314 初期メッシュ生成部
315 シリコン中の接合位置抽出部
316 シミュレーション用レイアウト処理部(レイアウト処理部)
317 シリコン基板上部の物質境界位置抽出部(物質境界位置抽出部)
321 平面方向メッシュリファイン設定処理部
322 深さ方向メッシュリファイン設定処理部
323 図形演算部
324 メッシュリファイン部
325 1次元シミュレーション位置の包含判定部(図形選択部)
401 コントローラ
412 図形処理部
413 図形演算部
414,414C ファイル入出力部
415 メッシュ設定情報処理部
416 デバイス情報処理部
10 Man-machine interface (input / output unit)
20, 20C editor unit 30 result display unit 40, 40C simulation execution unit 112, 112C layout editor / simulation region setting unit (layout editor)
121, 121C Controller 122 1-3 dimensional high-precision process simulator (process simulator)
123,123C 1-3 dimensional high-precision device simulator (device simulator)
124 electrical characteristic extraction unit 212, 212A, 212B initial mesh generation / refinement unit 220 simulator unit 311 plane direction mesh setting processing unit (mesh setting processing unit)
312, 312A Depth direction mesh setting processing unit 313 One-dimensional simulation execution unit 314 Initial mesh generation unit 315 Joint position extraction unit 316 in silicon Layout processing unit for simulation (layout processing unit)
317 Material boundary position extraction unit (material boundary position extraction unit) above the silicon substrate
321 Planar direction mesh refinement setting processing unit 322 Depth direction mesh refinement setting processing unit 323 Graphic calculation unit 324 Mesh refinement unit 325 One-dimensional simulation position inclusion determination unit (graphic selection unit)
401 Controller 412 Graphic processing unit 413 Graphic calculation unit 414, 414C File input / output unit 415 Mesh setting information processing unit 416 Device information processing unit
Claims (6)
前記レイアウトの平面方向において、前記頂点の座標を通る第1初期メッシュを生成する初期メッシュ生成部と、
前記半導体装置のプロセスフローが記述されたシミュレーションデータ、前記レイアウト、及び、前記第1初期メッシュに基づいて、前記半導体装置のプロセスシミュレーションを実行するシミュレータ部と、
を備えるプロセスシミュレータ。 A layout processing unit for extracting the coordinates of the vertices of the first figure of the layout of the semiconductor device described in the layout file used for the simulation;
An initial mesh generation unit that generates a first initial mesh that passes through the coordinates of the vertex in the plane direction of the layout;
A simulator unit that executes a process simulation of the semiconductor device based on simulation data describing a process flow of the semiconductor device, the layout, and the first initial mesh;
A process simulator comprising:
前記初期メッシュ生成部は、前記第2メッシュ設定情報に従って、前記シミュレーション領域内に前記第1初期メッシュを生成し、
前記第1メッシュ設定情報は、前記第1初期メッシュのスペース情報を含む、請求項1に記載のプロセスシミュレータ。 The extracted coordinates of the vertex, the first mesh setting information associated with the first graphic and described in the layout file, the coordinates indicating the simulation data or the simulation area described in the layout file, Is added to the second mesh setting information.
The initial mesh generation unit generates the first initial mesh in the simulation region according to the second mesh setting information,
The process simulator according to claim 1, wherein the first mesh setting information includes space information of the first initial mesh.
前記コントローラの制御により、加工前の前記レイアウトに対して、前記レイアウトの図形の作成、当該図形の加工、及び、当該図形への識別子の付加を行うと共に、前記半導体装置のシミュレーションが行われるシミュレーション領域を示す図形を作成する図形処理部と、
前記コントローラの制御により、前記シミュレーションに用いられる初期メッシュのメッシュ設定情報を、前記識別子を用いて前記図形に対応付けるメッシュ設定情報処理部と、
加工前の前記レイアウトが記述された第1レイアウトファイルを読み込むと共に、前記図形処理部により加工された前記レイアウトの情報と、前記図形に対応付けられた前記メッシュ設定情報と、前記シミュレーション領域を示す図形とを、前記シミュレーションに用いられる第2レイアウトファイルへ書き出すファイル入出力部と、
を備えるレイアウトエディタ。 A controller that processes information input from an input / output unit for creating a layout of a semiconductor device;
Under the control of the controller, a simulation area in which a graphic of the layout is created, the graphic is processed, an identifier is added to the graphic, and a simulation of the semiconductor device is performed with respect to the layout before processing A graphic processing unit for creating a graphic indicating
Under the control of the controller, mesh setting information processing unit for associating mesh setting information of the initial mesh used for the simulation with the graphic using the identifier,
The first layout file describing the layout before processing is read, the layout information processed by the graphic processing unit, the mesh setting information associated with the graphic, and the graphic indicating the simulation area A file input / output unit for writing to a second layout file used for the simulation;
Layout editor with
前記入出力部に入力された情報に従って、半導体装置のシミュレーションに必要な情報を対応付けるデバイス情報処理部と、
前記半導体装置のレイアウトの情報と、前記デバイス情報処理部で対応付けられた情報と、を前記シミュレーションに用いられるレイアウトファイルへ書き出すファイル入出力部と、
前記レイアウトファイルに記述された前記レイアウトと、前記半導体装置のプロセスフローが記述されたシミュレーションデータと、に基づいて、前記半導体装置のプロセスシミュレーションを実行するプロセスシミュレータと、
前記入出力部で指定された電気特性の抽出対象に対応付けられた前記シミュレーションに必要な情報に基づいて、前記半導体装置のシミュレーションに用いられるメッシュを所定の領域においてリファインし、リファインされた前記メッシュと、前記プロセスシミュレーションの結果と、指定された前記抽出対象に対応付けられた前記シミュレーションに必要な情報と、に基づいて、デバイスシミュレーションを実行するデバイスシミュレータと、
指定された前記抽出対象に対応付けられた前記シミュレーションに必要な情報に従って、前記デバイスシミュレーションの結果から電気特性を抽出する電気特性抽出部と、
を備えるシミュレーションシステム。 An input / output unit for inputting / outputting information;
In accordance with the information input to the input / output unit, a device information processing unit that associates information necessary for simulation of the semiconductor device;
A file input / output unit for writing the layout information of the semiconductor device and the information associated with the device information processing unit to a layout file used for the simulation;
A process simulator for executing a process simulation of the semiconductor device based on the layout described in the layout file and simulation data describing a process flow of the semiconductor device;
Based on the information required for the simulation associated with the electrical characteristic extraction target specified by the input / output unit, the mesh used for the simulation of the semiconductor device is refined in a predetermined region, and the refined mesh And a device simulator for executing device simulation based on the result of the process simulation and information necessary for the simulation associated with the designated extraction target,
According to information necessary for the simulation associated with the specified extraction target, an electrical characteristic extraction unit that extracts an electrical characteristic from the result of the device simulation;
A simulation system comprising:
前記デバイスシミュレータは、前記レイアウトの第1図形に対して、指定された前記抽出対象に対応付けられた前記図形演算を行い、第2図形を生成し、複数の第2図形が生成された場合、指定された前記抽出対象に対応付けられた前記シミュレーション位置を含む前記第2図形の位置に、前記所定の領域を設定する、請求項4に記載のシミュレーションシステム。 The device information processing unit associates the extraction target, information on the graphic calculation, and the simulation position according to information input to the input / output unit,
The device simulator performs the graphic operation associated with the specified extraction target on the first graphic of the layout, generates a second graphic, and when a plurality of second graphic is generated, The simulation system according to claim 4, wherein the predetermined area is set at a position of the second graphic including the simulation position associated with the designated extraction target.
前記レイアウトファイルに記述された前記レイアウトの第1図形の頂点の座標を抽出するレイアウト処理部と、
前記レイアウトの平面方向において、前記頂点の座標を通る第1初期メッシュを生成する初期メッシュ生成部と、
前記シミュレーションデータ、前記レイアウト、及び、前記第1初期メッシュに基づいて、前記プロセスシミュレーションを実行するシミュレータ部と、
を有する、請求項4に記載のシミュレーションシステム。 The process simulator is
A layout processing unit for extracting coordinates of vertices of the first graphic of the layout described in the layout file;
An initial mesh generation unit that generates a first initial mesh that passes through the coordinates of the vertex in the plane direction of the layout;
A simulator unit that executes the process simulation based on the simulation data, the layout, and the first initial mesh;
The simulation system according to claim 4, comprising:
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